На анода и катода са видовете електроди намерени в електрохимични клетки. Това са устройства, способни да произвеждат електрическа енергия чрез химическа реакция. Най-използваните електрохимични клетки са батериите.
Има два типа електрохимични клетки, електролитични клетки и галванични или волтови клетки. В електролитичните клетки химическата реакция, която произвежда енергия, не се случва спонтанно, но електрическият ток се трансформира в реакция на редукция на химическо окисляване.
Галваничната клетка е съставена от две половини клетки. Те са свързани с два елемента, метален проводник и солен мост.
Електрическият проводник, както подсказва името му, провежда електричество, тъй като има много малко съпротивление срещу движението на електрическия заряд. Най-добрите проводници обикновено са метални.
Солният мост е тръба, която свързва двете половини клетки, като поддържа електрическия им контакт и без да позволява на компонентите на всяка клетка да се съберат. Всяка половина на галваничната клетка съдържа електрод и електролит.
Когато протича химическата реакция, една от половините клетки губи електрони към своя електрод, чрез процеса на окисляване; докато другият набира електрони за своя електрод, чрез процеса на редукция.
Окислителните процеси протичат на анода, а редукционните процеси на катода
анод
Името на анода идва от гръцкото ανά (aná): нагоре, и οδός (odós): начин. Фарадей е този, който въвежда този термин през 19 век.
Най-доброто определение на анод е електродът, който губи електрони в реакция на окисляване. Обикновено е свързан с положителния полюс на транзита на електрически ток, но това не винаги е така.
Въпреки че в батериите анодът е положителният полюс, при LED светлините е точно обратното, като анодът е отрицателният полюс.
Обикновено посоката на електрическия ток се определя, оценявайки го като посока на свободни заряди, но ако проводникът не е метален, положителните заряди, които се произвеждат, се прехвърлят към външния проводник.
Това движение предполага, че имаме положителни и отрицателни заряди, които се движат в противоположни посоки, така че се казва, че посоката на тока е пътят на положителните заряди на катионите, които са в анода, към отрицателния заряд на анодите намерени на катода.
В галванични клетки, имащи метален проводник, токът, генериран в реакцията, следва пътя от положителния към отрицателния полюс.
Но в електролитичните клетки, тъй като те нямат метален проводник, а по-скоро електролит, могат да се намерят йони с положителен и отрицателен заряд, които се движат в противоположни посоки.
Термионните аноди получават по-голямата част от електроните, които идват от катода, загряват анода и трябва да намерят начин да го разсеят. Тази топлина се генерира в напрежението, което възниква между електроните.
Специални аноди
Има специален тип анод, като тези, които се намират вътре в рентгеновите лъчи.В тези тръби енергията, произведена от електроните, в допълнение към производството на рентгеновите лъчи, генерира много енергия, която загрява анода.
Тази топлина се произвежда при различното напрежение между двата електрода, което оказва натиск върху електроните. Когато електроните се движат в електрическия ток, те въздействат срещу анода, предавайки топлината си към него.
катод
Катодът е отрицателно зареден електрод, който претърпява реакция на редукция в химическата реакция, при което състоянието му на окисляване се намалява, когато получава електрони.
Както при анода, Фарадей предложи терминът катод, който идва от гръцкото κατά: 'надолу', и ὁδός: 'път'. Към този електрод се отдава отрицателното зареждане във времето.
Този подход се оказа грешен, тъй като в зависимост от устройството, в което се намира, той има един или друг товар.
Тази връзка с отрицателния полюс, както и с анода, възниква от предположението, че токът тече от положителния полюс към отрицателния. Това възниква в галванична клетка.
Вътре в електролитичните клетки, средата за пренос на енергия, която не е в метал, а в електролит, отрицателни и положителни йони могат да съществуват съвместно, които се движат в противоположни посоки. Но по конвенция се казва, че токът преминава от анода към катода.
Специални катоди
Един вид специфични катоди са термионните катоди. При тях катодът излъчва електрони поради ефекта на топлината.
В термионните клапани катодът може да се нагрява, като циркулира нагревателен ток в нажежена към него нажежаема жичка.
Равновесна реакция
Ако вземем галванична клетка, която е най-често срещаната електрохимична клетка, можем да формулираме равновесната реакция, която се генерира.
Всяка половин клетка, която съставя галваничната клетка, има характерно напрежение, известно като редукционен потенциал. В рамките на всяка половин клетка се получава реакция на окисляване между различните йони.
Когато тази реакция достигне равновесие, клетката не може да осигури повече напрежение. По това време окисляването, което се извършва в полуклетката в този момент, ще има положителна стойност, колкото по-близо е до равновесие. Потенциалът на реакцията ще бъде по-голям, колкото повече се постигне равновесие.
Когато анодът е в равновесие, той започва да губи електрони, които преминават през проводника към катода.
Редукционната реакция се провежда при катода, колкото по-далеч е от равновесие, толкова по-голям потенциал ще има реакцията, когато се проведе и поеме електроните, които идват от анода.
Препратки
- HUHEEY, Джеймс Е. и др. Неорганична химия: принципи на структура и реактивност. Pearson Education Индия, 2006 г.
- SIENKO, Michell J.; ROBERT, A. Химия: принципи и свойства. Ню Йорк, САЩ: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Обща химия: принципи и структура. Wiley, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H. и др. Обща химия. Междуамерикански образователен фонд, 1977 г.
- MASTERTON, William L.; HURLEY, Cecile N. Химия: принципи и реакции. Cengage Learning, 2015.
- БАБОР, Йосиф А.; BABOR, JoseJoseph A.; AZNÁREZ, José Ibarz. Съвременна обща химия: Въведение във физическата химия и висшата описателна химия (неорганична, органична и биохимия). Марин,, 1979г.
- ШАРЛОТ, Гастън; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Електрохимични реакции. Торай-Масон, 1969г.