Часто виникає проблема визначення, який електродів є катодом, а який — анодом. Спочатку потрібно розібратися з термінами.

Поняття катода та анода - просте пояснення

У складних речовинах електрони між атомами у сполуках розподілені неоднаково. Через війну взаємодії частки переміщаються від атома однієї речовини до атома іншого. Реакція називається окислювально-відновною. Втрата електронів називається окисленням, елемент, що віддає електрони відновником.

Приєднання електронів зветься відновлення, що приймає елемент у цьому процесі - окислювач. Перехід електронів від відновника до окислювача може протікати по зовнішньому ланцюгу, і тоді його можна використовувати як джерело електричної енергії. Пристрої, у яких енергія хімічної реакції перетворюється на електричну енергію, називаються гальванічними елементами.

Найпростіший класичний приклад гальванічного елемента – дві пластини, виготовлені з різного металу та занурені у розчин електроліту. У такій системі окиснення відбувається на одному металі, а відновлення – на іншому.

ВАЖЛИВО! Електрод, у якому протікає окислення, називається анодом. Електрод, на якому відбувається відновлення – катодом.

Зі шкільних підручників хімії відомий приклад мідно-цинкового гальванічного елемента, що працює за рахунок енергії реакції між цинком та сульфатом міді. У пристрої Якобі - Даніеля пластина з міді вміщена в розчин сульфату міді (мідний електрод), цинкова пластина занурена в розчин сульфату цинку (цинковий електрод). Цинковий електрод віддає катіони в розчин, створюючи в ньому надлишковий позитивний заряд, а у мідного електрода розчин збіднюється катіонами, розчин заряджений негативно.

Замикання зовнішнього ланцюга змушує електрони перетікати від цинкового електрода до мідного. Рівноважні відносини на межах фаз перериваються. Йде окислювально-відновна реакція.

Енергія мимовільно протікає хімічної реакції перетворюється на електричну.

Якщо хімічну реакцію провокує зовнішня енергія електричного струму, відбувається процес, званий електролізом. Процеси, що протікають при електролізі, обернені до процесів, що протікають при роботі гальванічного елемента.

УВАГА! Електрод, у якому відбувається відновлення, також називається катодом, але за електролізі він заряджений негативно, а анод — позитивно.

Застосування в електрохімії

Аноди та катоди беруть участь у багатьох хімічних реакціях:

• електроліз;
• Електроекстракція;
• Гальваностегія;
• Гальванопластика.

Електролізом розплавлених сполук та водних розчинів одержують метали, здійснюють очищення металів від домішок та вилучення цінних компонентів (електролітичне рафінування). З металу, що підлягає очищенню, відливають пластини. Вони містяться як аноди в електролізер. Під впливом електричного струму метал розчиняється. Його катіони переходять у розчин і розряджаються на катоді, утворюючи осад чистого металу. Домішки, що містяться в початковій неочищеній металевій пластині, залишаються нерозчинними у вигляді анодного шламу, або переходять в електроліті, звідки видаляються. Електролітичному рафінуванню піддають мідь, нікель, свинець, золото, срібло, олово.

Електроекстракція - процес виділення металу з розчину в ході електролізу. Щоб метал перейшов у розчин, його обробляють спеціальними реагентами. У процесі на катоді відбувається виділення металу, що характеризується високої чистотою. Так одержують цинк, мідь, кадмій.

Щоб уникнути корозії, надати міцність, прикрасити виріб, поверхню одного металу покривають шаром іншого. Цей процес називається гальваностегією.

Гальванопластика - процес отримання металевих копій з об'ємних предметів електроосадження металу.

Застосування у вакуумних електронних приладах

Принцип дії катода та анода у вакуумному приладі може продемонструвати електронна лампа. Вона виглядає як герметично запаяний посуд з металевими деталями всередині. Прилад використовується для випрямлення, генерування та перетворення електричних сигналів. За кількістю електродів виділяють:

• діоди;
• тріоди;
• тетроди;
• пентоди і т.д.

Діод — вакуумний прилад із двома електродами, катодом та анодом. Катод підключений до негативного полюса джерела живлення, анод – до позитивного. Призначення катода - випускати електрони під впливом нагрівання електричним струмом до певної температури. За допомогою електронів створюється просторовий заряд між катодом і анодом. Найшвидші електрони прямують до анода, долаючи негативний потенційний бар'єр об'ємного заряду. Анод приймає ці частки. Створюється анодний струм у зовнішньому ланцюзі. Електронним потоком управляють за допомогою додаткових електродів, подаючи на них електричний потенціал. З допомогою діодів змінний струм перетворюється на незмінний.

Застосування в електроніці

Сьогодні використовують напівпровідникові типи діодів.

В електроніці широко використовується властивість діодів пропускати струм у прямому напрямку та не пропускати у зворотному.

Робота світлодіода заснована на властивості кристалів напівпровідників світитися при пропущенні через pn перехід струму в прямому напрямку.

Гальванічні джерела постійного струму – акумулятори

Хімічні джерела електричного струму, у яких протікають оборотні реакції, називаються акумуляторами: їх перезаряджають і використовують багаторазово.

Під час роботи свинцевого акумулятора відбувається окислювально-відновна реакція. Металевий свинець окислюється, віддає свої електрони, відновлюючи діоксид свинцю, який приймає електрони. Металевий свинець в акумуляторі анод, він заряджений негативно. Діоксид свинцю - катод і заряджений позитивно.

У міру розряду акумулятора витрачаються речовини катода та анода та їх електроліту, сірчаної кислоти. Щоб зарядити акумулятор, підключають його до джерела струму (плюсом до плюсу, мінусом до мінуса). Напрямок струму тепер протилежний тому, який був при розряді акумулятора. Електрохімічні процеси на електродах "звертаються". Тепер свинцевий електрод стає катодом, на ньому проходить процес відновлення, а діоксид свинцю - анодом, з процедурою окислення, що протікає. В акумуляторі створюються речовини, необхідні для його роботи.

Чому існує плутанина?

Проблема виникає через те, що певний знак заряду може бути міцно закріплений за анодом чи катодом. Часто катодом є позитивно заряджений електрод, а анодом негативний. Часто, але не завжди. Все залежить від процесу, що протікає на електроді.

УВАГА! Деталь, яку помістили в електроліт, може бути і анодом, і катодом. Все залежить від мети процесу: потрібно нанести на неї інший шар металу або його зняти.

Як визначити анод та катод

В електрохімії анод - це електрод, на якому йдуть процеси окислення, катод - це електрод, де відбувається відновлення.

У діода відводи називаються анод та катод. Струм йтиме через діод, якщо відведення анод підключити до «плюсу», відведення «катод» — до «мінуса».

Новий світлодіод з необрізаними контактами анод і катод визначають візуально по довжині. Катод коротший.

Якщо контакти обрізані, допоможе батарея, яка додається до них. Світло з'явиться, коли полярності співпадуть.

Знак анода та катода

У електрохімії мова правильніше вести не про знаки зарядів електродів, а про процеси, що на них йдуть. На катоді проходить реакція відновлення, аноді — окислення.

В електротехніці для протікання струму катод підключають до негативного полюса джерела струму, анод - до позитивного.

СХОЖІ СТАТТІ:

• Що таке активна та реактивна потужність змінного електричного струму?
• Закон повного струму простими словами
• Що таке міжфазне коротке замикання

Ви не маєте права надсилати коментарі