Anod și catod sunt tipurile de electrozi gasite in celulele electrochimice. Acestea sunt dispozitive capabile să producă energie electrică printr-o reacție chimică. Cele mai utilizate celule electrochimice sunt bateriile.
Există două tipuri de celule electrochimice, celule electrolitice și celule galvanice sau voltaice. În celulele electrolitice, reacția chimică care produce energie nu se întâmplă spontan, dar curentul electric este transformat într-o reacție chimică de oxidare-reducere.
Celula galvanică este formată din două jumătăți de celule. Acestea sunt conectate prin două elemente, un conductor metalic și o punte de sare.
Conductorul electric, după cum îi spune și numele, conduce electricitate, deoarece are o rezistență foarte mică la mișcarea încărcăturii electrice. Cei mai buni conductori sunt de obicei din metal.
Puntea de sare este un tub care leagă cele două jumătăți de celule, menținând în același timp contactul lor electric și fără a lăsa să se adune componentele fiecărei celule. Fiecare jumătate de celulă galvanică conține un electrod și un electrolit.
Când are loc reacția chimică, una dintre jumătățile celulelor pierde electroni către electrodul său, prin procesul de oxidare; în timp ce celălalt câștigă electroni pentru electrodul său, prin procesul de reducere.
Procesele de oxidare apar la anod și procesele de reducere la catod
Anod
Numele anodului provine din grecescul ανά (aná): în sus, și οδός (odós): cale. Faraday a fost cel care a inventat acest termen în secolul al XIX-lea.
Cea mai bună definiție a anodului este electrodul care pierde electronii într-o reacție de oxidare. În mod normal, este legat de polul pozitiv al tranzitului curentului electric, dar acest lucru nu este întotdeauna cazul.
Deși în baterii, anodul este polul pozitiv, în luminile LED este opus, anodul fiind polul negativ.
În mod normal, direcția curentului electric este definită, apreciind-o ca o direcție a încărcărilor libere, dar dacă conductorul nu este metalic, sarcinile pozitive care sunt produse sunt transferate către conductorul extern.
Această mișcare implică faptul că avem sarcini pozitive și negative care se deplasează în direcții opuse, deci se spune că direcția curentului este calea sarcinilor pozitive ale cationilor care se află în anod spre încărcarea negativă a anodilor găsit pe catod.
În celulele galvanice, având un conductor metalic, curentul generat în reacție urmărește calea de la polul pozitiv la negativ.
Dar în celulele electrolitice, întrucât nu au un conductor metalic, ci mai degrabă un electrolit, se pot găsi ioni cu sarcină pozitivă și negativă care se mișcă în direcții opuse.
Anodii termionici primesc cea mai mare parte a electronilor care provin din catod, încălzesc anodul și trebuie să găsească o modalitate de a-l disipa. Această căldură este generată în tensiunea care apare între electroni.
Anodi speciali
Există un tip special de anod, cum ar fi cele care se găsesc în razele X. În aceste tuburi, energia produsă de electroni, pe lângă producerea razelor X, generează o mare cantitate de energie care încălzește anodul.
Această căldură este produsă la tensiunea diferită dintre cei doi electrozi, care exercită presiune asupra electronilor. Când electronii se mișcă în curentul electric, aceștia impactează împotriva anodului, transmitându-și căldura.
Catod
Catodul este electrodul încărcat negativ, care suferă o reacție de reducere a reacției chimice, unde starea sa de oxidare este redusă atunci când primește electroni.
La fel ca în anod, Faraday a propus termenul de catod, care provine din grecescul κατά: „în jos”, și ὁδός: „cale”. Acest electrod, sarcina negativă a fost atribuită în timp.
Această abordare s-a dovedit a fi falsă, deoarece, în funcție de dispozitivul în care se află, are o încărcare sau alta.
Această relație cu polul negativ, ca și în cazul anodului, rezultă din presupunerea că curentul curge de la polul pozitiv la polul negativ. Aceasta apare în interiorul unei celule galvanice.
În interiorul celulelor electrolitice, mediul de transfer de energie, nefiind într-un metal, ci într-un electrolit, ioni negativi și pozitivi pot coexista care se mișcă în direcții opuse. Dar, prin convenție, se spune că curentul merge de la anod la catod.
Catode speciale
Un tip de catoduri specifice sunt catodii termionici. În acestea, catodul emite electroni datorită efectului căldurii.
În supapele termionice, catodul se poate încălzi singur circulând un curent de încălzire într-un filament atașat la acesta.
Reacție de echilibru
Dacă luăm o celulă galvanică, care este cea mai frecventă celulă electrochimică, putem formula reacția de echilibru care este generată.
Fiecare jumătate de celulă care formează celula galvanică are o tensiune caracteristică cunoscută sub numele de potențial de reducere. În fiecare jumătate de celulă, o reacție de oxidare are loc între diferiți ioni.
Când această reacție atinge echilibrul, celula nu mai poate oferi tensiune. În acest moment, oxidarea care are loc în semicelula în acel moment va avea o valoare pozitivă cu cât este mai aproape de echilibru. Potențialul reacției va fi mai mare cu cât este atins mai mult echilibru.
Când anodul este în echilibru, începe să piardă electroni care trec prin conductor către catod.
Reacția de reducere are loc la catod, cu cât este mai departe de echilibru, cu atât mai mult potențial va avea reacția atunci când are loc și preia electronii care vin din anod.
Referințe
- HUHEEY, James E., și colab. Chimie anorganică: principii de structură și reactivitate. Pearson Education India, 2006.
- SIENKO, Michell J .; ROBERT, A. Chimie: principii și proprietăți. New York, SUA: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Chimia generală: principii și structură. Wiley, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H. și colab. Chimie generală . Fondul educațional interameric, 1977.
- MASTERTON, William L .; HURLEY, Cecile N. Chimie: principii și reacții. Cengage Learning, 2015.
- BABOR, Iosif A .; BABOR, JoseJoseph A .; AZNÁREZ, José Ibarz. Chimie generală modernă: o introducere în chimia fizică și chimia descriptivă superioară (anorganică, organică și biochimie). Marin, 1979.
- CHARLOT, Gaston; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Reacții electrochimice. Toray-Masson, 1969.