Συχνά υπάρχει πρόβλημα προσδιορισμού ποιο από τα ηλεκτρόδια είναι η κάθοδος και ποιο η άνοδος. Πρώτα πρέπει να κατανοήσετε τους όρους.
Η έννοια της καθόδου και της ανόδου - μια απλή εξήγηση
Στις σύνθετες ουσίες, τα ηλεκτρόνια κατανέμονται άνισα μεταξύ των ατόμων των ενώσεων. Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης, τα σωματίδια μετακινούνται από ένα άτομο μιας ουσίας σε ένα άτομο μιας άλλης. Η αντίδραση ονομάζεται οξειδοαναγωγή. Η απώλεια ηλεκτρονίων ονομάζεται οξείδωση και το στοιχείο που δίνει ηλεκτρόνια ονομάζεται αναγωγικός παράγοντας.
Η προσθήκη ηλεκτρονίων ονομάζεται αναγωγή, το στοιχείο λήψης σε αυτή τη διαδικασία είναι ο οξειδωτικός παράγοντας. Η μεταφορά ηλεκτρονίων από τον αναγωγικό παράγοντα στον οξειδωτικό παράγοντα μπορεί να γίνει μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος και στη συνέχεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή ηλεκτρικής ενέργειας.Οι συσκευές στις οποίες η ενέργεια μιας χημικής αντίδρασης μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια ονομάζονται γαλβανικά κύτταρα.
Το απλούστερο κλασικό παράδειγμα ενός γαλβανικού στοιχείου είναι δύο πλάκες κατασκευασμένες από διαφορετικά μέταλλα και βυθισμένες σε διάλυμα ηλεκτρολύτη. Σε ένα τέτοιο σύστημα, η οξείδωση συμβαίνει σε ένα μέταλλο και η αναγωγή σε ένα άλλο.
ΣΠΟΥΔΑΙΟΣ! Το ηλεκτρόδιο στο οποίο συμβαίνει η οξείδωση ονομάζεται άνοδος. Το ηλεκτρόδιο στο οποίο γίνεται η αναγωγή είναι η κάθοδος.
Από τα σχολικά εγχειρίδια χημείας, είναι γνωστό ένα παράδειγμα γαλβανικού στοιχείου χαλκού-ψευδάργυρου, το οποίο λειτουργεί λόγω της ενέργειας της αντίδρασης μεταξύ ψευδαργύρου και θειικού χαλκού. Στη συσκευή Jacobi-Daniel, μια πλάκα χαλκού τοποθετείται σε διάλυμα θειικού χαλκού (ηλεκτρόδιο χαλκού), μια πλάκα ψευδαργύρου βυθίζεται σε διάλυμα θειικού ψευδαργύρου (ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου). Το ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου εκπέμπει κατιόντα στο διάλυμα, δημιουργώντας μια περίσσεια θετικού φορτίου σε αυτό, και στο ηλεκτρόδιο χαλκού το διάλυμα εξαντλείται σε κατιόντα, εδώ το διάλυμα είναι αρνητικά φορτισμένο.
Το κλείσιμο του εξωτερικού κυκλώματος προκαλεί τη ροή ηλεκτρονίων από το ηλεκτρόδιο ψευδαργύρου στο ηλεκτρόδιο χαλκού. Οι σχέσεις ισορροπίας στα όρια της φάσης διακόπτονται. Γίνεται μια αντίδραση οξείδωσης-αναγωγής.
Η ενέργεια μιας αυθόρμητης χημικής αντίδρασης μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.
Εάν μια χημική αντίδραση προκαλείται από την εξωτερική ενέργεια ενός ηλεκτρικού ρεύματος, λαμβάνει χώρα μια διαδικασία που ονομάζεται ηλεκτρόλυση. Οι διεργασίες που συμβαίνουν κατά την ηλεκτρόλυση είναι οι αντίστροφες από τις διεργασίες που συμβαίνουν κατά τη λειτουργία ενός γαλβανικού στοιχείου.
ΠΡΟΣΟΧΗ! Το ηλεκτρόδιο όπου γίνεται η αναγωγή ονομάζεται και κάθοδος, αλλά στην ηλεκτρόλυση είναι αρνητικά φορτισμένο, ενώ η άνοδος θετικά.
Εφαρμογή στην ηλεκτροχημεία
Οι άνοδοι και οι κάθοδοι συμμετέχουν σε πολλές χημικές αντιδράσεις:
- Ηλεκτρόλυση;
- Ηλεκτροεξαγωγή;
- Ηλεκτρική επιμετάλλωση?
- Ηλεκτρότυπο.
Τα μέταλλα λαμβάνονται με ηλεκτρόλυση τετηγμένων ενώσεων και υδατικών διαλυμάτων, τα μέταλλα καθαρίζονται από ακαθαρσίες και εκχυλίζονται πολύτιμα συστατικά (ηλεκτρολυτική διύλιση). Οι πλάκες χυτεύονται από το μέταλλο που πρόκειται να καθαριστεί. Τοποθετούνται ως άνοδοι στον ηλεκτρολύτη. Υπό την επίδραση ηλεκτρικού ρεύματος, το μέταλλο υφίσταται διάλυση. Τα κατιόντα του μεταφέρονται σε διάλυμα και εκκενώνονται στην κάθοδο, σχηματίζοντας μια εναπόθεση καθαρού μετάλλου. Οι ακαθαρσίες που περιέχονται στην αρχική ακαθάριστη μεταλλική πλάκα είτε παραμένουν αδιάλυτες ως λάσπη ανόδου είτε περνούν στον ηλεκτρολύτη όπου αφαιρούνται. Χαλκός, νικέλιο, μόλυβδος, χρυσός, ασήμι, κασσίτερος υποβάλλονται σε ηλεκτρολυτική διύλιση.
Η ηλεκτροεξαγωγή είναι η διαδικασία διαχωρισμού ενός μετάλλου από ένα διάλυμα κατά την ηλεκτρόλυση. Για να εισέλθει το μέταλλο σε διάλυμα, υποβάλλεται σε επεξεργασία με ειδικά αντιδραστήρια. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, ένα μέταλλο υψηλής καθαρότητας κατακρημνίζεται στην κάθοδο. Έτσι λαμβάνεται ο ψευδάργυρος, ο χαλκός, το κάδμιο.
Για να αποφύγετε τη διάβρωση, να δώσετε αντοχή, να διακοσμήσετε το προϊόν, η επιφάνεια ενός μετάλλου καλύπτεται με ένα στρώμα άλλου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση.
Η ηλεκτρολυτική επίστρωση είναι η διαδικασία λήψης μεταλλικών αντιγράφων από χύδην αντικείμενα με ηλεκτροαπόθεση μετάλλου.
Εφαρμογή σε ηλεκτρονικές συσκευές κενού
Η αρχή της λειτουργίας της καθόδου και της ανόδου σε μια συσκευή κενού μπορεί να αποδειχθεί από μια λάμπα ηλεκτρονίων.Μοιάζει με ερμητικά κλειστό δοχείο με μεταλλικά μέρη μέσα. Η συσκευή χρησιμοποιείται για τη διόρθωση, παραγωγή και μετατροπή ηλεκτρικών σημάτων. Σύμφωνα με τον αριθμό των ηλεκτροδίων, υπάρχουν:
- διόδους?
- τριοδιες?
- τετρόδες;
- πεντόδες κ.λπ.
Μια δίοδος είναι μια συσκευή κενού με δύο ηλεκτρόδια, μια κάθοδο και μια άνοδο. Η κάθοδος συνδέεται με τον αρνητικό πόλο της πηγής ισχύος, η άνοδος - στο θετικό. Ο σκοπός της καθόδου είναι να εκπέμπει ηλεκτρόνια όταν θερμαίνεται από ηλεκτρικό ρεύμα σε μια συγκεκριμένη θερμοκρασία. Τα εκπεμπόμενα ηλεκτρόνια δημιουργούν ένα φορτίο χώρου μεταξύ της καθόδου και της ανόδου. Τα ταχύτερα ηλεκτρόνια ορμούν στην άνοδο, ξεπερνώντας το αρνητικό φράγμα δυναμικού του διαστημικού φορτίου. Η άνοδος δέχεται αυτά τα σωματίδια. Στο εξωτερικό κύκλωμα δημιουργείται ρεύμα ανόδου. Η ηλεκτρονική ροή ελέγχεται από πρόσθετα ηλεκτρόδια με την εφαρμογή ηλεκτρικού δυναμικού σε αυτά. Μέσω διόδων, το εναλλασσόμενο ρεύμα μετατρέπεται σε συνεχές ρεύμα.
Εφαρμογή στα ηλεκτρονικά
Σήμερα χρησιμοποιούνται ημιαγωγικοί τύποι διόδων.
Στα ηλεκτρονικά, χρησιμοποιείται ευρέως η ιδιότητα των διόδων να περνούν ρεύμα προς την κατεύθυνση προς τα εμπρός και να μην περνούν προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Η λειτουργία του LED βασίζεται στην ιδιότητα των κρυστάλλων ημιαγωγών να λάμπουν όταν διέρχεται ρεύμα μέσω της διασταύρωσης p-n προς την εμπρός κατεύθυνση.
Γαλβανικές πηγές συνεχούς ρεύματος - μπαταρίες
Οι χημικές πηγές ηλεκτρικού ρεύματος στις οποίες συμβαίνουν αναστρέψιμες αντιδράσεις ονομάζονται μπαταρίες: επαναφορτίζονται και χρησιμοποιούνται επανειλημμένα.
Κατά τη λειτουργία μιας μπαταρίας μολύβδου, εμφανίζεται μια αντίδραση οξειδοαναγωγής.Ο μεταλλικός μόλυβδος οξειδώνεται, δίνει τα ηλεκτρόνια του, μειώνοντας το διοξείδιο του μολύβδου, το οποίο δέχεται ηλεκτρόνια. Το μέταλλο μολύβδου σε μια μπαταρία είναι η άνοδος και είναι αρνητικά φορτισμένο. Το διοξείδιο του μολύβδου είναι κάθοδος και είναι θετικά φορτισμένο.
Καθώς η μπαταρία αποφορτίζεται, καταναλώνονται οι ουσίες της καθόδου και της ανόδου και ο ηλεκτρολύτης τους, το θειικό οξύ. Για τη φόρτιση της μπαταρίας, συνδέεται σε μια πηγή ρεύματος (συν στο συν, μείον προς μείον). Η κατεύθυνση του ρεύματος είναι τώρα η αντίστροφη από αυτήν που ήταν όταν αποφορτίστηκε η μπαταρία. Οι ηλεκτροχημικές διεργασίες στα ηλεκτρόδια «αντιστρέφονται». Τώρα το ηλεκτρόδιο μολύβδου γίνεται κάθοδος, η διαδικασία αναγωγής λαμβάνει χώρα σε αυτό και το διοξείδιο του μολύβδου γίνεται η άνοδος, με τη διαδικασία της οξείδωσης να λαμβάνει χώρα. Η μπαταρία αναδημιουργεί τις απαραίτητες ουσίες για τη λειτουργία της.
Γιατί υπάρχει σύγχυση;
Το πρόβλημα προκύπτει από το γεγονός ότι ένα συγκεκριμένο σήμα φόρτισης δεν μπορεί να στερεωθεί σταθερά στην άνοδο ή την κάθοδο. Συχνά η κάθοδος είναι ένα θετικά φορτισμένο ηλεκτρόδιο και η άνοδος είναι αρνητική. Συχνά, αλλά όχι πάντα. Όλα εξαρτώνται από τη διαδικασία που λαμβάνει χώρα στο ηλεκτρόδιο.
ΠΡΟΣΟΧΗ! Το τμήμα που τοποθετείται στον ηλεκτρολύτη μπορεί να είναι και η άνοδος και η κάθοδος. Όλα εξαρτώνται από το σκοπό της διαδικασίας: πρέπει να βάλετε ένα άλλο στρώμα μετάλλου πάνω του ή να το αφαιρέσετε.
Πώς να αναγνωρίσετε την άνοδο και την κάθοδο
Στην ηλεκτροχημεία, η άνοδος είναι το ηλεκτρόδιο στο οποίο λαμβάνουν χώρα οι διεργασίες οξείδωσης, η κάθοδος είναι το ηλεκτρόδιο όπου λαμβάνει χώρα η αναγωγή.
Σε μια δίοδο, οι βρύσες ονομάζονται άνοδος και κάθοδος. Το ρεύμα θα ρέει μέσω της διόδου εάν η βρύση ανόδου είναι συνδεδεμένη στο "συν", τη βρύση "κάθοδος" - στο "μείον".
Για ένα νέο LED με μη κομμένες επαφές, η άνοδος και η κάθοδος προσδιορίζονται οπτικά κατά μήκος. Η κάθοδος είναι μικρότερη.
Εάν οι επαφές κοπούν, μια μπαταρία που είναι συνδεδεμένη σε αυτές θα βοηθήσει. Το φως θα εμφανιστεί όταν ταιριάζουν οι πολικότητες.
Σήμα ανόδου και καθόδου
Στην ηλεκτροχημεία, είναι πιο σωστό να μην μιλάμε για τα σημάδια των φορτίων των ηλεκτροδίων, αλλά για τις διεργασίες που συμβαίνουν σε αυτά. Η αντίδραση αναγωγής λαμβάνει χώρα στην κάθοδο και η αντίδραση οξείδωσης στην άνοδο.
Στην ηλεκτρική μηχανική, για τη ροή του ρεύματος, η κάθοδος συνδέεται με τον αρνητικό πόλο της πηγής ρεύματος, η άνοδος με τον θετικό.
Παρόμοια άρθρα:
