Často je problém rozhodnout, která elektroda je katoda a která anoda. Dobrým začátkem je porozumět pojmům.
Obsah
Pojem katoda a anoda - jednoduché vysvětlení
Ve složitých látkách nejsou elektrony mezi atomy ve sloučeninách rozděleny rovnoměrně. Vzájemné působení způsobuje pohyb částic z jednoho atomu jedné látky do atomu druhé látky. Tato reakce se nazývá oxidačně-redukční reakce. Ztráta elektronů se nazývá oxidace, prvek, který elektrony odevzdává, se nazývá redukční činidlo.
Přidávání elektronů se nazývá redukce, prvek, který elektrony přijímá, se nazývá okysličovadlo. Přenos elektronů z redukčního činidla na oxidační činidlo může probíhat prostřednictvím vnějšího obvodu, který pak může být využit jako zdroj elektrické energie. Zařízení, která přeměňují energii chemické reakce na energii elektrickou, se nazývají galvanické články.
Nejjednodušším klasickým příkladem galvanického článku jsou dvě desky z různých kovů ponořené do roztoku elektrolytu. V tomto systému probíhá oxidace na jednom kovu a redukce na druhém.
DŮLEŽITÉ! Elektroda, na které probíhá oxidace, se nazývá anoda. Elektroda, na které probíhá redukce, se nazývá katoda.
Galvanický článek měď-zinek, který funguje tak, že absorbuje energii reakce mezi zinkem a síranem měďnatým, je známý příklad ze školních učebnic chemie. V Jacobyho-Danielově zařízení je měděná destička umístěna v roztoku síranu měďnatého (měděná elektroda) a zinková destička je ponořena do roztoku síranu zinečnatého (zinková elektroda). Zinková elektroda vylučuje do roztoku kationty, čímž v roztoku vzniká přebytek kladného náboje, zatímco na měděné elektrodě je roztok ochuzen o kationty, roztok je zde nabit záporně.
Uzavření vnějšího obvodu způsobí tok elektronů ze zinkové elektrody na měděnou elektrodu. Rovnovážné vztahy na fázových hranicích jsou přerušeny. Probíhá redoxní reakce.
Energie spontánní chemické reakce se přemění na elektrickou energii.
Pokud je chemická reakce vyvolána vnější elektrickou energií, dochází k procesu zvanému elektrolýza. Procesy probíhající při elektrolýze jsou opačné než při provozu galvanického článku.
POZOR! Elektroda, na které probíhá redukce, se také nazývá katoda, ale při elektrolýze je záporně nabitá a anoda je kladně nabitá.
Elektrochemické aplikace
Anody a katody se účastní mnoha chemických reakcí:
- Elektrolýza;
- Elektroextrakce;
- Galvanické pokovování;
- Galvanické pokovování.
Elektrolýzou roztavených sloučenin a vodných roztoků se získávají kovy, čistí se od nečistot a získávají se cenné složky (elektrolytická rafinace). Desky se odlévají z kovu, který se má zušlechtit. Desky jsou v elektrolyzéru umístěny jako anody. Kov se rozpouští elektrickým proudem. Jeho kationty přecházejí do roztoku a odvádějí se na katodu, kde vytvářejí sraženinu čistého kovu. Nečistoty obsažené v původní surové kovové desce buď zůstávají nerozpustné jako anodový kal, nebo přecházejí do elektrolytu, kde jsou odstraněny. Měď, nikl, olovo, zlato, stříbro a cín se podrobují elektrolytické rafinaci.
Elektroextrakce je proces získávání kovu z roztoku při elektrolýze. Aby se kov převedl do roztoku, zpracovává se speciálními činidly. Při tomto procesu se na katodě odděluje kov vysoké čistoty. Takto se vyrábí zinek, měď a kadmium.
Aby se zabránilo korozi, výrobek byl pevnější a dekorativnější, je povrch jednoho kovu potažen jiným. Tento proces se nazývá galvanické pokovování.
Elektroformování je proces výroby kovových kopií trojrozměrných předmětů pomocí elektrolytického nanášení kovu.
Vakuové elektronické aplikace
Princip katody a anody ve vakuovém přístroji lze demonstrovat na elektronce. Vypadá jako hermeticky uzavřená nádoba s kovovými částmi uvnitř. Zařízení se používá k usměrňování, generování a převodu elektrických signálů. Rozlišuje se podle počtu elektrod:
- diody;
- triody;
- tetrody;
- pentod atd.
Dioda je vakuové zařízení se dvěma elektrodami, katodou a anodou. Katoda je připojena k zápornému pólu zdroje a anoda ke kladnému pólu. Účelem katody je emitovat elektrony, když je zahřátá elektrickým proudem na určitou teplotu. Elektrony se používají k vytvoření prostorového náboje mezi katodou a anodou. Nejrychlejší elektrony se řítí směrem k anodě a překonávají zápornou potenciálovou bariéru prostorového náboje. Anoda přijímá částice. Ve vnějším obvodu vzniká anodický proud. Tok elektronů je řízen pomocí dalších elektrod, které jsou napájeny elektrickým potenciálem. Diody se používají k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný.
Aplikace v elektronice
Dnes se používají polovodičové typy diod.
Vlastnost diod propouštět proud v přímém směru a nepropouštět proud v opačném směru je v elektronice hojně využívána.
Fungování LED diody je založeno na vlastnosti polovodičových krystalů svítit při průchodu proudu p-n přechodem v přímém směru.
Galvanické zdroje stejnosměrného proudu - baterie
Chemické zdroje elektrického proudu, v nichž probíhají vratné reakce, se nazývají akumulátory: dobíjejí se a používají opakovaně.
Při provozu olověného akumulátoru probíhá redoxní reakce. Kovové olovo se oxiduje a odevzdává své elektrony, čímž se redukuje oxid olovnatý, který elektrony přijímá. Kovové olovo v baterii je anoda a je záporně nabité. Oxid olovnatý je katoda a je kladně nabitý.
Při vybíjení baterie se spotřebovávají látky z katody a anody a jejich elektrolyt, kyselina sírová. K nabíjení baterie se připojí ke zdroji proudu (plus na plus, mínus na mínus). Směr proudu je nyní opačný než při vybíjení baterie. Elektrochemické procesy na elektrodách jsou "obrácené". Olověná elektroda se nyní stává katodou, kde probíhá redukční proces, a oxid olovnatý se stává anodou, kde probíhá oxidační proces. Látky potřebné pro baterii se opět vytvářejí v baterii.
Proč dochází ke zmatkům?
Problém vzniká proto, že konkrétní značku náboje nelze pevně spojit ani s anodou, ani s katodou. Katoda je často kladně nabitá elektroda a anoda je záporná elektroda. Často, ale ne vždy. Vše závisí na procesu, který probíhá na elektrodě.
POZOR! Část, která byla umístěna v elektrolytu, může být anodou i katodou. Vše závisí na účelu procesu: nanášení další vrstvy kovu nebo odstraňování vrstvy kovu.
Jak rozpoznat anodu a katodu
V elektrochemii je anoda elektroda, na které probíhají oxidační procesy, katoda je elektroda, na které probíhá redukce.
V diodě se vývody nazývají anoda a katoda. Proud bude diodou protékat, pokud bude anodový vodič připojen k "plusu" a katodový vodič k "mínusu".
U nové LED diody s nezkrácenými vývody se anoda a katoda určují vizuálně podle délky. Katoda je kratší.
Pokud jsou kontakty přerušeny, pomůže k nim připojená baterie. Světlo se objeví, když se polarita shoduje.
Znaménko anody a katody
V elektrochemii je správnější mluvit o procesech probíhajících na elektrodách než o znacích elektrod. Redukční reakce probíhá na katodě a oxidační reakce na anodě.
V elektrotechnice se katoda připojuje k zápornému pólu zdroje proudu a anoda ke kladnému pólu.
Související články:
