Gyakran felmerül annak meghatározása, hogy az elektródák közül melyik a katód és melyik az anód. Először is meg kell értened a feltételeket.
A katód és az anód fogalma - egyszerű magyarázat
Összetett anyagokban az elektronok egyenlőtlenül oszlanak el a vegyületek atomjai között. A kölcsönhatás eredményeként a részecskék az egyik anyag atomjából egy másik atomjába kerülnek. A reakciót redoxnak nevezik. Az elektronok elvesztését oxidációnak, az elektronokat átadó elemet pedig redukálószernek nevezzük.
Az elektronok hozzáadását redukciónak nevezzük, a fogadó elem ebben a folyamatban az oxidálószer. Az elektronok átvitele a redukálószerből az oxidálószerbe külső áramkörön keresztül történhet, majd elektromos energiaforrásként használható.Azokat az eszközöket, amelyekben a kémiai reakció energiája elektromos energiává alakul, galvanikus celláknak nevezzük.
A galvánelem legegyszerűbb klasszikus példája két különböző fémből készült lemez, amelyeket elektrolitoldatba merítenek. Egy ilyen rendszerben az egyik fémen oxidáció, a másikon redukció megy végbe.
FONTOS! Az elektródát, amelyen az oxidáció megtörténik, anódnak nevezzük. Az elektróda, amelyen a redukció megtörténik, a katód.
Az iskolai kémia tankönyvekből ismert a réz-cink galvánelem példa, amely a cink és a réz-szulfát közötti reakció energiája miatt működik. A Jacobi-Daniel készülékben egy rézlemezt helyeznek réz-szulfát oldatba (rézelektród), egy cinklemezt merítenek cink-szulfát oldatba (cink-elektród). A cink elektróda kationokat ad le az oldatba, ami többlet pozitív töltést hoz létre benne, a rézelektródánál pedig az oldat kationjaiban fogy, itt az oldat negatív töltésű.
A külső áramkör lezárásakor elektronok áramlanak a cinkelektródáról a rézelektródára. A fázishatárokon az egyensúlyi viszonyok megszakadnak. Oxidációs-redukciós reakció megy végbe.
A spontán kémiai reakció energiája elektromos energiává alakul.
Ha egy kémiai reakciót elektromos áram külső energiája vált ki, akkor egy elektrolízisnek nevezett folyamat megy végbe. Az elektrolízis során végbemenő folyamatok fordítottja a galvánelem működése során fellépő folyamatoknak.
FIGYELEM! Azt az elektródát, ahol a redukció megtörténik, katódnak is nevezik, de elektrolízisben negatív töltésű, míg az anód pozitív töltésű.
Alkalmazás az elektrokémiában
Az anódok és katódok számos kémiai reakcióban vesznek részt:
- Elektrolízis;
- Elektromos extrakció;
- galvanizálás;
- Elektrotípia.
A fémeket olvadt vegyületek és vizes oldatok elektrolízisével nyerik, a fémeket megtisztítják a szennyeződésektől és az értékes komponenseket extrahálják (elektrolitikus finomítás). A lemezeket a tisztítandó fémből öntik. Ezeket anódként helyezik el az elektrolizátorban. Elektromos áram hatására a fém feloldódik. Kationjai feloldódnak és a katódon kisülnek, tiszta fém lerakódást képezve. Az eredeti, tisztítatlan fémlemezben lévő szennyeződések vagy oldhatatlanok maradnak anódiszapként, vagy átjutnak az elektrolitba, ahol eltávolítják őket. A rezet, nikkelt, ólmot, aranyat, ezüstöt, ónt elektrolitikus finomításnak vetik alá.
Az elektroextrakció az a folyamat, amely során a fémet az oldatból választják el az elektrolízis során. Annak érdekében, hogy a fém oldatba kerüljön, speciális reagensekkel kezelik. A folyamat során a katódon nagy tisztaságú fém válik ki. Így nyerik a cinket, rezet, kadmiumot.
A korrózió elkerülése, a szilárdság biztosítása és a termék díszítése érdekében az egyik fém felületét egy másik réteggel borítják. Ezt a folyamatot galvanizálásnak nevezik.
A galvanizálás az a folyamat, amelynek során ömlesztett tárgyakról fémmásolatokat állítanak elő fémelektromos leválasztással.
Alkalmazás vákuumelektronikai eszközökben
A katód és az anód működési elve vákuumkészülékben elektronlámpával demonstrálható.Úgy néz ki, mint egy hermetikusan lezárt edény, benne fém alkatrészekkel. A készülék elektromos jelek egyenirányítására, generálására és átalakítására szolgál. Az elektródák száma szerint vannak:
- diódák;
- triódák;
- tetródák;
- pentódok stb.
A dióda két elektródából, egy katódból és egy anódból álló vákuumeszköz. A katód az áramforrás negatív pólusához, az anód a pozitívhoz csatlakozik. A katód célja elektronok kibocsátása, amikor elektromos árammal egy bizonyos hőmérsékletre hevítik. A kibocsátott elektronok tértöltést hoznak létre a katód és az anód között. A leggyorsabb elektronok az anódhoz rohannak, leküzdve a tértöltés negatív potenciálgátját. Az anód fogadja ezeket a részecskéket. A külső áramkörben anódáram jön létre. Az elektronikus áramlást további elektródák szabályozzák elektromos potenciál alkalmazásával. Diódák segítségével a váltakozó áramot egyenárammá alakítják.
Alkalmazás az elektronikában
Ma félvezető típusú diódákat használnak.
Az elektronikában széles körben használják a diódák azon tulajdonságát, hogy az áramot előre, és nem az ellenkező irányba.
A LED működése a félvezető kristályok azon tulajdonságán alapszik, hogy izzanak, amikor a p-n átmeneten előrefelé áram halad át.
Galvanikus egyenáramforrások - akkumulátorok
Azokat az elektromos áram kémiai forrásait, amelyekben reverzibilis reakciók lépnek fel, akkumulátoroknak nevezzük: újratöltik és többször használják.
Az ólom akkumulátor működése során redox reakció lép fel.A fémes ólom oxidálódik, leadja elektronjait, redukálva az ólom-dioxidot, amely elektronokat fogad be. Az akkumulátorban lévő ólom az anód, és negatív töltésű. Az ólom-dioxid egy katód, és pozitív töltésű.
Ahogy az akkumulátor lemerül, a katód és az anód anyagai, valamint ezek elektrolitja, a kénsav elfogy. Az akkumulátor töltéséhez áramforráshoz kell csatlakoztatni (plusz plusz, mínusz mínusz). Az áram iránya most fordítottja annak, mint az akkumulátor lemerülésekor. Az elektródákon zajló elektrokémiai folyamatok „visszafordulnak”. Most az ólomelektróda lesz a katód, rajta megy végbe a redukciós folyamat, az ólom-dioxid pedig az anód, az oxidációs eljárással. Az akkumulátor újra előállítja a működéséhez szükséges anyagokat.
Miért van zűrzavar?
A probléma abból adódik, hogy egy bizonyos töltésjel nem rögzíthető szilárdan az anódhoz vagy a katódhoz. A katód gyakran pozitív töltésű elektród, az anód pedig negatív. Gyakran, de nem mindig. Minden az elektródán végbemenő folyamattól függ.
FIGYELEM! Az elektrolitba helyezett rész lehet anód és katód is. Minden a folyamat céljától függ: rá kell tenni egy másik fémréteget, vagy el kell távolítania.
Hogyan lehet azonosítani az anódot és a katódot
Az elektrokémiában az anód az az elektród, amelyen oxidációs folyamatok mennek végbe, a katód az az elektród, ahol a redukció megtörténik.
A diódákban a csapokat anódnak és katódnak nevezik. Az áram átfolyik a diódán, ha az anódcsap a "pluszhoz", a "katód" csap a "mínuszhoz" van csatlakoztatva.
A vágatlan érintkezőkkel rendelkező új LED-eknél az anódot és a katódot vizuálisan a hossz határozza meg. A katód rövidebb.
Ha az érintkezők le vannak vágva, a rájuk erősített akkumulátor segít. A fény akkor jelenik meg, ha a polaritás megegyezik.
Anód és katódjel
Az elektrokémiában helyesebb nem az elektródák töltéseinek jeleiről beszélni, hanem a rajtuk zajló folyamatokról. A redukciós reakció a katódon, az oxidációs reakció az anódon megy végbe.
Az elektrotechnikában az áram áramlásához a katódot az áramforrás negatív pólusára, az anódot a pozitívra kötik.
Hasonló cikkek:
