Spesso c'è il problema di determinare quale degli elettrodi sia il catodo e quale sia l'anodo. Per prima cosa devi capire i termini.
Il concetto di catodo e anodo: una semplice spiegazione
Nelle sostanze complesse, gli elettroni sono distribuiti in modo non uniforme tra gli atomi nei composti. Come risultato dell'interazione, le particelle si spostano da un atomo di una sostanza a un atomo di un'altra. La reazione è chiamata redox. La perdita di elettroni è chiamata ossidazione e l'elemento che dona elettroni è chiamato agente riducente.
L'aggiunta di elettroni è chiamata riduzione, l'elemento ricevente in questo processo è l'agente ossidante. Il trasferimento di elettroni dall'agente riducente all'agente ossidante può procedere attraverso un circuito esterno e quindi può essere utilizzato come fonte di energia elettrica.I dispositivi in cui l'energia di una reazione chimica viene convertita in energia elettrica sono chiamati celle galvaniche.
L'esempio classico più semplice di una cella galvanica è costituito da due piastre realizzate con metalli diversi e immerse in una soluzione elettrolitica. In un tale sistema, l'ossidazione si verifica su un metallo e la riduzione si verifica su un altro.
IMPORTANTE! L'elettrodo in cui si verifica l'ossidazione è chiamato anodo. L'elettrodo su cui avviene la riduzione è il catodo.
Dai testi scolastici di chimica è noto un esempio di cella galvanica rame-zinco, che funziona grazie all'energia della reazione tra zinco e solfato di rame. Nel dispositivo Jacobi-Daniel, una piastra di rame viene posta in una soluzione di solfato di rame (elettrodo di rame), una piastra di zinco viene immersa in una soluzione di solfato di zinco (elettrodo di zinco). L'elettrodo di zinco emette cationi alla soluzione, creando una carica positiva in eccesso in essa, e all'elettrodo di rame la soluzione è esaurita in cationi, qui la soluzione è caricata negativamente.
La chiusura del circuito esterno provoca il flusso di elettroni dall'elettrodo di zinco all'elettrodo di rame. Le relazioni di equilibrio ai limiti di fase sono interrotte. Ha luogo una reazione di ossidoriduzione.
L'energia di una reazione chimica spontanea viene convertita in energia elettrica.
Se una reazione chimica è provocata dall'energia esterna di una corrente elettrica, si verifica un processo chiamato elettrolisi. I processi che si verificano durante l'elettrolisi sono l'opposto dei processi che si verificano durante il funzionamento di una cella galvanica.
ATTENZIONE! L'elettrodo dove avviene la riduzione è anche chiamato catodo, ma nell'elettrolisi è caricato negativamente, mentre l'anodo è caricato positivamente.
Applicazione in elettrochimica
Anodi e catodi prendono parte a molte reazioni chimiche:
- Elettrolisi;
- elettroestrazione;
- galvanica;
- Elettrotipo.
I metalli si ottengono per elettrolisi di composti fusi e soluzioni acquose, i metalli vengono purificati dalle impurità e si estraggono componenti pregiati (raffinazione elettrolitica). Le piastre sono fuse dal metallo da pulire. Sono posti come anodi nell'elettrolizzatore. Sotto l'influenza di una corrente elettrica, il metallo subisce la dissoluzione. I suoi cationi vanno in soluzione e si scaricano al catodo, formando un deposito di metallo puro. Le impurità contenute nella piastra metallica originale non pulita rimangono insolubili come fango anodico o passano nell'elettrolita dove vengono rimosse. Rame, nichel, piombo, oro, argento, stagno sono sottoposti a raffinazione elettrolitica.
L'elettroestrazione è il processo di separazione di un metallo da una soluzione durante l'elettrolisi. Affinché il metallo vada in soluzione, viene trattato con reagenti speciali. Durante il processo, al catodo viene precipitato un metallo di elevata purezza. Così si ottengono zinco, rame, cadmio.
Per evitare la corrosione, per dare forza, per decorare il prodotto, la superficie di un metallo è ricoperta da uno strato di un altro. Questo processo è chiamato galvanica.
La galvanica è il processo per ottenere copie metalliche da oggetti sfusi mediante elettrodeposizione di metallo.
Applicazione in dispositivi elettronici sottovuoto
Il principio di funzionamento del catodo e dell'anodo in un dispositivo a vuoto può essere dimostrato da una lampada elettronica.Sembra un vaso ermeticamente chiuso con parti metalliche all'interno. Il dispositivo viene utilizzato per rettificare, generare e convertire segnali elettrici. In base al numero di elettrodi, ci sono:
- diodi;
- triodi;
- tetrodi;
- pentodi, ecc.
Un diodo è un dispositivo a vuoto con due elettrodi, un catodo e un anodo. Il catodo è collegato al polo negativo della fonte di alimentazione, l'anodo - al positivo. Lo scopo del catodo è di emettere elettroni quando riscaldato da una corrente elettrica a una certa temperatura. Gli elettroni emessi creano una carica spaziale tra il catodo e l'anodo. Gli elettroni più veloci corrono verso l'anodo, superando la barriera del potenziale negativo della carica spaziale. L'anodo riceve queste particelle. Nel circuito esterno viene creata una corrente anodica. Il flusso elettronico è controllato da elettrodi aggiuntivi applicando loro un potenziale elettrico. Per mezzo di diodi, la corrente alternata viene convertita in corrente continua.
Applicazione in elettronica
Oggi vengono utilizzati tipi di diodi a semiconduttore.
In elettronica, la proprietà dei diodi di far passare la corrente nella direzione in avanti e di non passare nella direzione opposta è ampiamente utilizzata.
Il funzionamento del LED si basa sulla proprietà dei cristalli semiconduttori di illuminarsi quando una corrente viene fatta passare attraverso la giunzione p-n nella direzione in avanti.
Fonti di corrente continua galvanica - batterie
Le sorgenti chimiche di corrente elettrica in cui si verificano reazioni reversibili sono chiamate batterie: vengono ricaricate e utilizzate ripetutamente.
Durante il funzionamento di una batteria al piombo, si verifica una reazione redox.Il piombo metallico si ossida, dona i suoi elettroni, riducendo il biossido di piombo, che accetta gli elettroni. Il piombo in una batteria è l'anodo ed è caricato negativamente. Il biossido di piombo è un catodo ed è caricato positivamente.
Quando la batteria si scarica, le sostanze del catodo e dell'anodo e il loro elettrolita, l'acido solforico, vengono consumate. Per caricare la batteria, è collegata a una fonte di corrente (più a più, meno a meno). La direzione della corrente è ora l'inverso di quella che era quando la batteria era scarica. I processi elettrochimici sugli elettrodi sono "invertiti". Ora l'elettrodo di piombo diventa il catodo, su di esso avviene il processo di riduzione e il biossido di piombo diventa l'anodo, con la procedura di ossidazione in atto. La batteria ricrea le sostanze necessarie al suo funzionamento.
Perché c'è confusione?
Il problema nasce dal fatto che un certo segno di carica non può essere fissato saldamente all'anodo o al catodo. Spesso il catodo è un elettrodo caricato positivamente e l'anodo è negativo. Spesso, ma non sempre. Tutto dipende dal processo che si svolge sull'elettrodo.
ATTENZIONE! La parte che viene inserita nell'elettrolita può essere sia l'anodo che il catodo. Tutto dipende dallo scopo del processo: devi metterci un altro strato di metallo o rimuoverlo.
Come identificare l'anodo e il catodo
In elettrochimica, l'anodo è l'elettrodo in cui avvengono i processi di ossidazione, il catodo è l'elettrodo in cui avviene la riduzione.
In un diodo, i rubinetti sono chiamati anodo e catodo. La corrente scorrerà attraverso il diodo se la presa dell'anodo è collegata al "più", la presa "catodo" - al "meno".
Per un nuovo LED con contatti non tagliati, l'anodo e il catodo sono determinati visivamente dalla lunghezza. Il catodo è più corto.
Se i contatti sono tagliati, una batteria collegata ad essi aiuterà. La luce apparirà quando le polarità corrispondono.
Segno di anodo e catodo
In elettrochimica, è più corretto parlare non dei segni delle cariche degli elettrodi, ma dei processi in corso su di essi. La reazione di riduzione avviene al catodo e la reazione di ossidazione avviene all'anodo.
In ingegneria elettrica, per il flusso di corrente, il catodo è collegato al polo negativo della sorgente di corrente, l'anodo al positivo.
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