Sovint hi ha un problema per determinar quin dels elèctrodes és el càtode i quin és l'ànode. Primer cal entendre els termes.
El concepte de càtode i ànode: una explicació senzilla
En les substàncies complexes, els electrons es distribueixen de manera desigual entre els àtoms dels compostos. Com a resultat de la interacció, les partícules es mouen d'un àtom d'una substància a un àtom d'una altra. La reacció s'anomena redox. La pèrdua d'electrons s'anomena oxidació, i l'element que dona electrons s'anomena agent reductor.
L'addició d'electrons s'anomena reducció, l'element receptor en aquest procés és l'agent oxidant. La transferència d'electrons de l'agent reductor a l'agent oxidant pot procedir a través d'un circuit extern, i després es pot utilitzar com a font d'energia elèctrica.Els dispositius en què l'energia d'una reacció química es converteix en energia elèctrica s'anomenen cèl·lules galvàniques.
L'exemple clàssic més senzill d'una cèl·lula galvànica són dues plaques fetes de metalls diferents i immerses en una solució d'electròlit. En aquest sistema, l'oxidació es produeix en un metall i la reducció en un altre.
IMPORTANT! L'elèctrode on es produeix l'oxidació s'anomena ànode. L'elèctrode sobre el qual té lloc la reducció és el càtode.
Dels llibres de text de química escolar es coneix un exemple de cèl·lula galvànica coure-zinc, que funciona per l'energia de la reacció entre zinc i sulfat de coure. En el dispositiu Jacobi-Daniel, es col·loca una placa de coure en una solució de sulfat de coure (elèctrode de coure), una placa de zinc es submergeix en una solució de sulfat de zinc (elèctrode de zinc). L'elèctrode de zinc emet cations a la solució, creant-hi un excés de càrrega positiva, i a l'elèctrode de coure la solució s'esgota en cations, aquí la solució està carregada negativament.
El tancament del circuit extern fa que els electrons flueixin de l'elèctrode de zinc a l'elèctrode de coure. Les relacions d'equilibri als límits de fase s'interrompen. Té lloc una reacció d'oxidació-reducció.
L'energia d'una reacció química espontània es converteix en energia elèctrica.
Si una reacció química és provocada per l'energia externa d'un corrent elèctric, té lloc un procés anomenat electròlisi. Els processos que es produeixen durant l'electròlisi són a la inversa dels processos que ocorren durant el funcionament d'una cèl·lula galvànica.
ATENCIÓ! L'elèctrode on té lloc la reducció també s'anomena càtode, però en l'electròlisi està carregat negativament, mentre que l'ànode està carregat positivament.
Aplicació en electroquímica
Els ànodes i càtodes participen en moltes reaccions químiques:
- electròlisi;
- Electroextracció;
- galvanoplastia;
- Electrotipus.
Els metalls s'obtenen per electròlisi de compostos fosos i solucions aquoses, els metalls es purifiquen de les impureses i s'extreuen components valuosos (refinament electrolític). Les plaques es fonen del metall a netejar. Es col·loquen com a ànodes a l'electrolitzador. Sota la influència d'un corrent elèctric, el metall es dissol. Els seus cations entren en solució i es descarreguen al càtode, formant un dipòsit de metall pur. Les impureses contingudes a la placa metàl·lica original sense netejar romanen insolubles com a fang d'ànode o passen a l'electròlit on s'eliminen. El coure, el níquel, el plom, l'or, la plata, l'estany estan sotmesos a un refinament electrolític.
L'electroextracció és el procés de separació d'un metall d'una solució durant l'electròlisi. Perquè el metall entri en solució, es tracta amb reactius especials. Durant el procés, un metall d'alta puresa es precipita al càtode. Així s'obté zinc, coure, cadmi.
Per evitar la corrosió, per donar força, per decorar el producte, la superfície d'un metall es cobreix amb una capa d'un altre. Aquest procés s'anomena galvanoplastia.
La galvanoplastia és el procés d'obtenció de còpies metàl·liques d'objectes a granel per electrodeposició metàl·lica.
Aplicació en dispositius electrònics de buit
El principi de funcionament del càtode i l'ànode en un dispositiu de buit es pot demostrar amb una làmpada d'electrons.Sembla un recipient tancat hermèticament amb peces metàl·liques a l'interior. El dispositiu s'utilitza per rectificar, generar i convertir senyals elèctrics. Segons el nombre d'elèctrodes, hi ha:
- díodes;
- triodes;
- tetrodes;
- pentodes, etc.
Un díode és un dispositiu de buit amb dos elèctrodes, un càtode i un ànode. El càtode està connectat al pol negatiu de la font d'alimentació, l'ànode - al positiu. La finalitat del càtode és emetre electrons quan s'escalfa per un corrent elèctric a una determinada temperatura. Els electrons emesos creen una càrrega espacial entre el càtode i l'ànode. Els electrons més ràpids es dirigeixen cap a l'ànode, superant la barrera potencial negativa de la càrrega espacial. L'ànode rep aquestes partícules. Es crea un corrent d'ànode al circuit extern. El flux electrònic està controlat per elèctrodes addicionals aplicant-hi un potencial elèctric. Mitjançant díodes, el corrent altern es converteix en corrent continu.
Aplicació en electrònica
Avui en dia, s'utilitzen tipus de díodes semiconductors.
En electrònica, s'utilitza àmpliament la propietat dels díodes de passar el corrent en la direcció cap endavant i de no passar en la direcció oposada.
El funcionament del LED es basa en la propietat dels cristalls semiconductors de brillar quan passa un corrent per la unió p-n en direcció cap endavant.
Fonts de corrent continu galvànic - bateries
Les fonts químiques de corrent elèctric en què es produeixen reaccions reversibles s'anomenen piles: es recarreguen i s'utilitzen repetidament.
Durant el funcionament d'una bateria de plom, es produeix una reacció redox.El plom metàl·lic s'oxida, dona els seus electrons, reduint el diòxid de plom, que accepta electrons. El plom metàl·lic d'una bateria és l'ànode i està carregat negativament. El diòxid de plom és un càtode i està carregat positivament.
A mesura que la bateria es descarrega, es consumeixen les substàncies del càtode i l'ànode i el seu electròlit, l'àcid sulfúric. Per carregar la bateria, es connecta a una font de corrent (més a més, menys a menys). La direcció del corrent és ara la inversa del que era quan es va descarregar la bateria. Els processos electroquímics dels elèctrodes s'inverteixen. Ara l'elèctrode de plom es converteix en el càtode, el procés de reducció té lloc sobre ell i el diòxid de plom es converteix en l'ànode, amb el procediment d'oxidació. La bateria torna a crear les substàncies necessàries per al seu funcionament.
Per què hi ha confusió?
El problema sorgeix del fet que un determinat signe de càrrega no es pot connectar fermament a l'ànode o al càtode. Sovint, el càtode és un elèctrode carregat positivament i l'ànode és negatiu. Sovint, però no sempre. Tot depèn del procés que tingui lloc a l'elèctrode.
ATENCIÓ! La part que es col·loca a l'electròlit pot ser tant l'ànode com el càtode. Tot depèn de la finalitat del procés: cal posar-hi una altra capa de metall o treure-la.
Com identificar l'ànode i el càtode
En electroquímica, l'ànode és l'elèctrode on es produeixen els processos d'oxidació, el càtode és l'elèctrode on es produeix la reducció.
En un díode, les aixetes s'anomenen ànode i càtode. El corrent fluirà a través del díode si l'aixeta de l'ànode està connectada al "plus", l'aixeta del "càtode" al "menos".
Per a un LED nou amb contactes sense tallar, l'ànode i el càtode es determinen visualment per la longitud. El càtode és més curt.
Si es tallen els contactes, una bateria connectada a ells ajudarà. La llum apareixerà quan les polaritats coincideixen.
Signe d'ànode i càtode
En electroquímica, és més correcte parlar no dels signes de les càrregues dels elèctrodes, sinó dels processos que hi estan passant. La reacció de reducció té lloc al càtode i la reacció d'oxidació a l'ànode.
En enginyeria elèctrica, per al flux de corrent, el càtode està connectat al pol negatiu de la font de corrent, l'ànode al positiu.
Articles semblants:
