Den anode og katode er de typer af elektroder findes i elektrokemiske celler. Dette er enheder, der er i stand til at producere elektrisk energi gennem en kemisk reaktion. De mest anvendte elektrokemiske celler er batterier.
Der er to typer elektrokemiske celler, elektrolytiske celler og galvaniske eller voltaiske celler. I elektrolytiske celler sker den kemiske reaktion, der producerer energi, ikke spontant, men den elektriske strøm omdannes til en kemisk oxidationsreduktionsreaktion.
Den galvaniske celle består af to halvceller. Disse er forbundet med to elementer, en metallisk leder og en saltbro.
Den elektriske leder, som navnet antyder, leder elektricitet, fordi den har meget lidt modstand mod bevægelse af elektrisk ladning. De bedste ledere er normalt metal.
Saltbroen er et rør, der forbinder de to halvceller, mens de opretholder deres elektriske kontakt, og uden at lade komponenterne i hver celle samles. Hver halvcelle i den galvaniske celle indeholder en elektrode og en elektrolyt.
Når den kemiske reaktion finder sted, mister en af de halve celler elektroner mod dens elektrode gennem oxidationsprocessen; mens den anden vinder elektroner for dens elektrode gennem reduktionsprocessen.
Oxidationsprocesser forekommer ved anoden og reduktionsprocesser ved katoden
Anode
Navnet på anoden kommer fra det græske ανά (aná): opad og οδός (odós): måde. Faraday var den, der opfandt dette udtryk i det 19. århundrede.
Den bedste definition af anode er elektroden, der mister elektroner i en oxidationsreaktion. Det er normalt forbundet med den positive pol ved overførsel af elektrisk strøm, men dette er ikke altid tilfældet.
Selv om anoden er den positive pol i batterier, er det i LED-lys det modsatte, idet anoden er den negative pol.
Normalt defineres retningen af den elektriske strøm, idet den værdsættes som en retning for de frie ladninger, men hvis lederen ikke er metallisk, overføres de positive ladninger, der frembringes, til den eksterne leder.
Denne bevægelse indebærer, at vi har positive og negative ladninger, der bevæger sig i modsatte retninger, så det siges, at strømens retning er banen til de positive ladninger af kationerne, der er i anoden mod den negative ladning af anoderne fundet på katoden.
I galvaniske celler, der har en metallisk leder, følger strømmen, der genereres i reaktionen, stien fra den positive til den negative pol.
Men i elektrolytiske celler, da de ikke har en metallisk leder, men snarere en elektrolyt, kan der findes ioner med en positiv og negativ ladning, der bevæger sig i modsatte retninger.
Termioniske anoder modtager de fleste elektroner, der kommer fra katoden, opvarmer anoden og er nødt til at finde en måde at sprede den på. Denne varme genereres i den spænding, der opstår mellem elektronerne.
Specielle anoder
Der er en speciel type anode, såsom dem, der findes inde i røntgenstråler. I disse rør genererer energien produceret af elektronerne ud over at producere røntgenstrålerne en hel del energi, der opvarmer anoden.
Denne varme produceres ved den forskellige spænding mellem de to elektroder, som udøver tryk på elektronerne. Når elektroner bevæger sig i den elektriske strøm, påvirker de mod anoden og overfører deres varme til den.
katode
Katoden er den negativt ladede elektrode, der gennemgår en reduktionsreaktion i den kemiske reaktion, hvor dens oxidationstilstand reduceres, når den modtager elektroner.
Som med anoden, var det Faraday, der foreslog udtrykket katode, der kommer fra det græske κατά: 'nedad', og ὁδός: 'vej'. Til denne elektrode blev den negative ladning tilskrevet over tid.
Denne tilgang viste sig at være falsk, da den afhænger af den enhed, den er i, har en eller anden belastning.
Dette forhold til den negative pol, som med anoden, opstår fra antagelsen om, at strøm flyder fra den positive pol til den negative pol. Dette opstår inden i en galvanisk celle.
Inde i elektrolytiske celler, energioverførselsmediet, der ikke er i et metal, men i en elektrolyt, kan negative og positive ioner eksistere sammen, der bevæger sig i modsatte retninger. Men ifølge konventionen siges strømmen at gå fra anoden til katoden.
Særlige katoder
En type specifikke katoder er termioniske katoder. I disse udsender katoden elektroner på grund af virkningen af varme.
I termionventiler kan katoden varme sig selv ved at cirkulere en opvarmningsstrøm i et filament, der er fastgjort til den.
Ligevægtsreaktion
Hvis vi tager en galvanisk celle, som er den mest almindelige elektrokemiske celle, kan vi formulere den ligevægtsreaktion, der genereres.
Hver halve celle, der udgør den galvaniske celle, har en karakteristisk spænding kendt som reduktionspotentiale. I hver halvcelle opstår der en oxidationsreaktion mellem de forskellige ioner.
Når denne reaktion når ligevægt, kan cellen ikke give mere spænding. På dette tidspunkt vil oxidationen, der finder sted i halvcellen i det øjeblik, have en positiv værdi, jo tættere det er på ligevægt. Reaktionens potentiale vil være større, jo mere ligevægt nås.
Når anoden er i ligevægt, begynder den at miste elektroner, der passerer gennem lederen til katoden.
Reduktionsreaktionen finder sted ved katoden, jo længere den er fra ligevægt, jo mere potentiale har reaktionen, når den finder sted og tager elektronerne, der kommer fra anoden.
Referencer
- HUHEEY, James E., et al. Uorganisk kemi: principper for struktur og reaktivitet. Pearson Education India, 2006.
- SIENKO, Michell J.; ROBERT, A. Kemi: principper og egenskaber. New York, USA: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Generel kemi: principper og struktur. Wiley, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H., et al. Generel kemi. Den interamerikanske uddannelsesfond, 1977.
- MASTERTON, William L.; HURLEY, Cecile N. Kemi: principper og reaktioner. Cengage Learning, 2015.
- BABOR, Joseph A.; BABOR, JoseJoseph A.; AZNÁREZ, José Ibarz. Moderne generel kemi: En introduktion til fysisk kemi og højere beskrivende kemi (uorganisk, organisk og biokemi). Marin, 1979.
- CHARLOT, Gaston; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Elektrokemiske reaktioner. Toray-Masson, 1969.