Anóda a katóda sú typy elektród nachádzajú v elektrochemických článkoch. Sú to zariadenia schopné produkovať elektrickú energiu chemickou reakciou. Najpoužívanejšími elektrochemickými článkami sú batérie.
Existujú dva typy elektrochemických článkov, elektrolytické články a galvanické alebo voltaické články. V elektrolytických článkoch chemická reakcia, ktorá produkuje energiu, nedochádza spontánne, ale elektrický prúd sa mení na reakciu redukcie chemickej oxidácie.
Galvanický článok je tvorený dvoma polčlánkami. Sú spojené dvoma prvkami, kovovým vodičom a soľným mostíkom.
Elektrický vodič, ako naznačuje jeho názov, vedie elektrinu, pretože má veľmi malý odpor proti pohybu elektrického náboja. Najlepšie vodiče sú zvyčajne kovové.
Soľný mostík je elektrónka a elektrolyt, ktorá spája tieto dva polčlánky pri súčasnom udržiavaní ich elektrického kontaktu a bez toho, aby sa nechali navzájom spájať komponenty každého článku.
Keď dôjde k chemickej reakcii, jedna z polovičných buniek stráca elektróny smerom k svojej elektróde oxidačným procesom; zatiaľ čo druhý získava elektróny pre svoju elektródu prostredníctvom procesu redukcie.
Oxidačné procesy prebiehajú na anóde a redukčné procesy na katóde
anóda
Názov anódy pochádza z gréckeho ανά (aná): hore a οδός (odós): way. Faraday bol ten, kto razil tento termín v 19. storočí.
Najlepšia definícia anódy je elektróda, ktorá pri oxidačnej reakcii stráca elektróny. Normálne je spojená s kladným pólom prenosu elektrického prúdu, ale nie vždy je to tak.
Aj keď v anódach je anóda kladným pólom, v LED svetlách je opak, pričom anóda je záporným pólom.
Normálne je smer elektrického prúdu definovaný, pričom ho oceňuje ako smer voľných nábojov, ale ak vodič nie je kovový, kladné náboje, ktoré sú produkované, sa prenášajú na vonkajší vodič.
Tento pohyb znamená, že máme kladné a záporné náboje, ktoré sa pohybujú v opačných smeroch, takže sa hovorí, že smer prúdu je cestou kladných nábojov katiónov nájdených v anóde smerom k zápornému náboju anód. nájdené na katóde.
V galvanických článkoch, ktoré majú kovový vodič, prúd generovaný pri reakcii sleduje cestu od kladného k zápornému pólu.
Ale v elektrolytických článkoch, pretože nemajú kovový vodič, ale skôr elektrolyt, je možné nájsť ióny s kladným a záporným nábojom, ktoré sa pohybujú opačným smerom.
Termionické anódy prijímajú väčšinu elektrónov, ktoré pochádzajú z katódy, zahrejú anódu a musia nájsť spôsob, ako ju rozptýliť. Toto teplo sa vytvára v napätí, ktoré sa vyskytuje medzi elektrónmi.
Špeciálne anódy
Vo vnútri röntgenových lúčov sa vyskytuje špeciálny typ anód, napríklad tých, ktoré sa nachádzajú v röntgenových lúčoch. V týchto trubiciach energia produkovaná elektrónmi okrem produkcie röntgenových lúčov generuje aj veľké množstvo energie, ktorá anódu zohrieva.
Toto teplo sa vytvára pri rôznom napätí medzi týmito dvoma elektródami, čo vytvára tlak na elektróny. Keď sa elektróny pohybujú v elektrickom prúde, narážajú na anódu a prenášajú na ňu svoje teplo.
katóda
Katóda je záporne nabitá elektróda, ktorá podlieha redukčnej reakcii v chemickej reakcii, pričom jej oxidačný stav sa redukuje, keď prijíma elektróny.
Rovnako ako v prípade anódy, aj Faraday navrhol termín katóda, ktorý pochádza z gréckeho κατά: „smerom nadol“ a „'δός:“ spôsob “. K tejto elektróde sa v priebehu času pripisoval záporný náboj.
Tento prístup sa ukázal ako nepravdivý, pretože v závislosti od zariadenia, v ktorom sa nachádza, má jedno alebo druhé zaťaženie.
Tento vzťah k zápornému pólu, rovnako ako k anóde, vyplýva z predpokladu, že prúd tečie z kladného pólu do záporného pólu. Vzniká to v galvanickom článku.
Vo vnútri elektrolytických článkov môže médium na prenos energie, ktoré nie je v kove, ale v elektrolyte, koexistovať záporné a pozitívne ióny, ktoré sa pohybujú v opačných smeroch. Podľa konvencie sa však prúd vedie z anódy na katódu.
Špeciálne katódy
Jedným typom špecifických katód sú termionické katódy. V nich katóda emituje elektróny v dôsledku pôsobenia tepla.
V termionických ventiloch sa katóda môže zohrievať cirkuláciou vykurovacieho prúdu vo vlákne, ktoré je k nemu pripojené.
Rovnovážna reakcia
Ak vezmeme galvanický článok, ktorý je najbežnejším elektrochemickým článkom, môžeme sformulovať rovnovážnu reakciu, ktorá sa vytvorí.
Každá polovica článku, ktorá tvorí galvanický článok, má charakteristické napätie známe ako redukčný potenciál. V každej polčlánku dochádza medzi rôznymi iónmi k oxidačnej reakcii.
Keď táto reakcia dosiahne rovnováhu, bunka nemôže poskytnúť žiadne ďalšie napätie. V tomto okamihu bude mať oxidácia, ktorá v tom okamihu prebieha v polčlánku, pozitívnu hodnotu, čím bližšie bude k rovnováhe. Potenciál reakcie bude väčší, čím je rovnováha dosiahnutá.
Keď je anóda v rovnováhe, začína strácať elektróny, ktoré prechádzajú vodičom ku katóde.
Redukčná reakcia prebieha na katóde, čím ďalej je z rovnováhy, tým väčší potenciál bude mať reakcia, keď k nej dôjde, a prijíma elektróny, ktoré pochádzajú z anódy.
Referencie
- HUHEEY, James E., a kol. Anorganická chémia: princípy štruktúry a reaktivity. Pearson Education India, 2006.
- SIENKO, Michell J.; ROBERT, A. Chémia: princípy a vlastnosti. New York, USA: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Všeobecná chémia: princípy a štruktúra. Wiley, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H., a kol. Všeobecná chémia. Medziamerický vzdelávací fond, 1977.
- MASTERTON, William L.; HURLEY, Cecile N. Chémia: zásady a reakcie. Cengage Learning, 2015.
- BABOR, Joseph A.; BABOR, JoseJoseph A.; AZNÁREZ, José Ibarz. Moderná všeobecná chémia: Úvod do fyzikálnej chémie a vyššie popisnej chémie (anorganická, organická a biochémia). Marin ,, 1979.
- CHARLOT, Gaston; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Elektrochemické reakcie. Toray-Masson, 1969.