Az anód és a katód az elektrokémiai cellákban található elektródok. Ezek olyan eszközök, amelyek kémiai reakción keresztül képesek elektromos energiát előállítani. A leggyakrabban használt elektrokémiai elemek az elemek.
Kétféle elektrokémiai elem van: elektrolitikus cellák és galván vagy volta cellák. Az elektrolitikus cellákban az energiát előállító kémiai reakció nem spontán történik, hanem az elektromos áram kémiai oxidációs-redukciós reakcióvá alakul.
A galván cella két félcellából áll. Ezeket két elem, egy fémvezető és egy sóhíd köti össze.
Az elektromos vezető, amint a neve is sugallja, áramot vezet, mert nagyon kis ellenállással rendelkezik az elektromos töltés mozgása ellen. A legjobb vezetők általában fém.
A sóhíd egy cső, amely összeköti a két félcellát, miközben megőrzi azok elektromos érintkezését, és anélkül, hogy az egyes cellák alkotóelemei összekapcsolódnának.
Amikor a kémiai reakció megtörténik, az egyik féltest elveszíti az elektronokat az elektródja felé az oxidációs folyamat során; míg a másik elektronokat nyer az elektródájához, a redukciós folyamat révén.
Az oxidációs folyamatok az anódon, a redukciós folyamatok a katódon zajlanak
Anód
Az anód neve a görög ανά (aná): felfelé és οδός (odós): módon származik. Faraday volt az, aki a 19. században fogalmazta meg ezt a kifejezést.
Az anód legjobb meghatározása az az elektróda, amely oxidációs reakcióban veszít elektronokat. Általában kapcsolódik az elektromos áram transzferének pozitív pólusához, de nem mindig ez a helyzet.
Bár az elemekben az anód a pozitív pólus, a LED-es lámpákban pedig az ellenkezője, az anód pedig a negatív pólus.
Általában az elektromos áram irányát határozzák meg, és azt szabad töltések irányának tekintik, de ha a vezető nem fémes, akkor a keletkező pozitív töltések átkerülnek a külső vezetőhöz.
Ez a mozgás azt sugallja, hogy pozitív és negatív töltések vannak, amelyek ellenkező irányba mozognak, tehát azt mondják, hogy az áram iránya az anódban található kationok pozitív töltésének az anódok negatív töltése felé vezető útja. található a katódon.
A fémvezetővel rendelkező galván cellákban a reakcióban keletkező áram a pozitív és a negatív pólus közötti utat követi.
Az elektrolitikus cellákban azonban, mivel nem fémvezetővel, hanem elektrolittal rendelkeznek, pozitív és negatív töltésű ionok találhatók, amelyek ellentétes irányba mozognak.
A hőionos anódok a katódból származó elektronok nagy részét megkapják, melegítik az anódot, és meg kell találniuk a módját annak eloszlatására. Ezt a hőt az elektronok közötti feszültség generálja.
Különleges anódok
Van egy speciális anód, például a röntgen belsejében található anód. Ezekben a csövekben az elektronok által termelt energia a röntgen sugarai mellett nagy energiát generál, amely melegíti az anódot.
Ezt a hőt a két elektróda közötti eltérő feszültséggel állítják elő, amely nyomást gyakorol az elektronokra. Amikor az elektronok az elektromos áramban mozognak, az anódra ütköznek, és hőt továbbítják rá.
Katód
A katód negatív töltésű elektróda, amely a kémiai reakcióban redukciós reakción megy keresztül, ahol oxidációs állapota csökken, amikor elektronokat kap.
Az anódhoz hasonlóan Faraday javasolta a katód kifejezést, amely a görög κατά: „lefelé” és ὁδός: „út” kifejezésből származik. Ehhez az elektródhoz a negatív töltést az idő múlásával tulajdonítottuk.
Ez a megközelítés hamisnak bizonyult, mivel attól függően, hogy milyen eszközön van, van egy vagy több terhelése.
Ez a kapcsolat a negatív pólusokkal, mint az anóddal, abból a feltételezésből származik, hogy az áram a pozitív pólusról a negatív pólusra folyik. Ez egy galvanikus cellában merül fel.
Az elektrolitikus cellákban az energiaátadó közegben, amely nem fémben van, hanem elektrolitban, negatív és pozitív ionok létezhetnek együtt, amelyek ellentétes irányba mozognak. De az egyezmény szerint az áram az anódról a katódra megy.
Különleges katódok
A specifikus katódok egyik típusa a termionos katód. Ezekben a katód a hő hatására elektronokat bocsát ki.
A hőionos szelepekben a katód felmelegítheti magát, amikor egy hőcserélőt keringtet rá a rákapcsolt izzószálba.
Egyensúlyi reakció
Ha egy galván cellát veszünk, amely a leggyakoribb elektrokémiai elem, akkor megfogalmazhatjuk a kialakuló egyensúlyi reakciót.
A galván cellát alkotó minden egyes cellának jellemző feszültsége van, amelyet redukciós potenciálnak neveznek. Az egyes félcellákon oxidációs reakció zajlik a különböző ionok között.
Amikor ez a reakció eléri az egyensúlyt, a sejt nem képes tovább feszíteni. Ebben az időben a félcellában abban a pillanatban zajló oxidáció pozitív értéket mutat, minél közelebb az egyensúlyhoz. A reakció potenciálja annál nagyobb, annál nagyobb az egyensúly.
Amikor az anód egyensúlyban van, elkezdi elveszteni az elektronjait, amelyek a vezetőn átjutnak a katódhoz.
A redukciós reakció a katódnál zajlik, minél távolabbi az egyensúlyból, annál nagyobb a potenciálja a reakciónak, amikor megtörténik, és az anódból származó elektronokat veszi fel.
Irodalom
- HUHEEY, James E., et al. Szervetlen kémia: a szerkezet és a reakcióképesség alapelvei. Pearson Education India, 2006.
- SIENKO, Michell J.; ROBERT, A. Kémia: alapelvek és tulajdonságok. New York, USA: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Általános kémia: alapelvek és felépítés. Wiley, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H., et al. Általános kémia. Amerikaközi Oktatási Alap, 1977.
- MASTERTON, William L.; HURLEY, Cecile N. Kémia: alapelvek és reakciók. Cengage Learning, 2015.
- BABOR, Joseph J.; BABOR, JoseJoseph A.; AZNÁREZ, José Ibarz. Modern általános kémia: Bevezetés a fizikai kémiába és a magasabb szintű leíró kémiába (szervetlen, szerves és biokémia). Marin, 1979.
- CHARLOT, Gaston; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Elektrokémiai reakciók. Toray-Masson, 1969.