Bieži vien ir grūti noteikt, kurš elektrods ir katods un kurš anods. Labs sākums ir definēt jēdzienus.
Saturs
Katoda un anoda jēdziens - vienkāršs skaidrojums
Sarežģītās vielās elektroni starp atomiem savienojumos nav vienmērīgi sadalīti. Mijiedarbības rezultātā daļiņas pārvietojas no vienas vielas atoma uz citas vielas atomu. Šo reakciju sauc par oksidēšanās-redukcijas reakciju. Elektronu zudumu sauc par oksidēšanos, bet elementu, kas atdod elektronus, sauc par reducējošo vielu.
Elektronu pievienošanu sauc par reducēšanu, bet elementu, kas uzņem elektronus, sauc par oksidētāju. Elektronu pārnese no reducētāja uz oksidētāju var notikt, izmantojot ārējo ķēdi, un tad to var izmantot kā elektroenerģijas avotu. Ierīces, kas ķīmiskās reakcijas enerģiju pārvērš elektriskā enerģijā, sauc par galvaniskajiem elementiem.
Vienkāršākais klasiskais galvaniskā elementa piemērs ir divas plates, kas izgatavotas no dažādiem metāliem un iegremdētas elektrolīta šķīdumā. Šajā sistēmā vienā metālā notiek oksidēšanās, bet otrā - reducēšanās.
SVARĪGI! Elektrodu, kurā notiek oksidēšanās, sauc par anodu. Elektrodu, kurā notiek reducēšana, sauc par katodu.
Vara-cinka galvaniskais elements, kas darbojas, absorbējot cinka un vara sulfāta reakcijas enerģiju, ir pazīstams piemērs no skolas ķīmijas mācību grāmatām. Džeikobija un Daniela ierīcē vara plāksni ievieto vara sulfāta šķīdumā (vara elektrods), bet cinka plāksni iegremdē cinka sulfāta šķīdumā (cinka elektrods). Cinka elektrods izdala šķīdumā katjonus, radot tajā lieko pozitīvo lādiņu, savukārt pie vara elektroda šķīdums ir noplicināts ar katjoniem, un šķīdums ir negatīvi lādēts.
Ārējās ķēdes noslēgšana izraisa elektronu plūsmu no cinka elektroda uz vara elektrodu. Līdzsvara attiecības uz fāžu robežām tiek pārtrauktas. Notiek redoksreakcija.
Spontānās ķīmiskās reakcijas enerģija tiek pārvērsta elektriskā enerģijā.
Ja ķīmisko reakciju izraisa ārēja elektriskā enerģija, notiek process, ko sauc par elektrolīzi. Procesi, kas notiek elektrolīzes laikā, ir pretēji procesiem, kas notiek galvanisko elementu darbības laikā.
UZMANĪBU! Elektrodu, uz kura notiek reducēšana, sauc arī par katodu, bet elektrolīzē tas ir negatīvi lādēts, bet anods ir pozitīvi lādēts.
Elektroķīmiskie lietojumi
Anodi un katodi piedalās daudzās ķīmiskās reakcijās:
- Elektrolīze;
- Elektroekstrakcija;
- Galvanizācija;
- Galvanizācija.
Izkausētu savienojumu un ūdens šķīdumu elektrolīze ļauj iegūt metālus, attīra metālus no piemaisījumiem un ekstrahē vērtīgus komponentus (elektrolītiskā rafinēšana). Plāksnes tiek atlietas no metāla, ko paredzēts attīrīt. Plāksnes tiek ievietotas kā anodi elektrolīzera iekšpusē. Metālu izšķīdina ar elektrisko strāvu. Tā katjoni nonāk šķīdumā un tiek izvadīti katodā, veidojot tīra metāla nogulsnes. Sākotnējā neapstrādātā metāla plāksnē esošie piemaisījumi vai nu paliek nešķīstoši kā anoda nogulsnes, vai nonāk elektrolītā, kur tie tiek noņemti. Vara, niķeļa, svina, zelta, sudraba un alvas elektrolītiskā attīrīšana.
Elektroekstrakcija ir metāla iegūšana no šķīduma elektrolīzes procesā. Lai metālu pārnestu šķīdumā, to apstrādā ar īpašiem reaģentiem. Šajā procesā katodā tiek atdalīts augstas tīrības pakāpes metāls. Šādi tiek iegūts cinks, varš un kadmijs.
Lai izvairītos no korozijas, padarītu izstrādājumu izturīgāku un dekoratīvāku, viena metāla virsmu pārklāj ar citu. Šo procesu sauc par galvanizāciju.
Elektroformēšana ir trīsdimensiju objektu metāla kopiju izgatavošanas process, izmantojot metāla elektrolītisko uzklāšanu.
Vakuuma elektronikas lietojumprogrammas
Katoda un anoda principu vakuuma ierīcē var demonstrēt ar elektronlampas palīdzību. Tas izskatās pēc hermētiski noslēgta trauka ar metāla detaļām iekšpusē. Šo ierīci izmanto elektrisko signālu iztaisnošanai, ģenerēšanai un pārveidošanai. Atšķirība ir atkarībā no elektrodu skaita:
- diodes;
- triodes;
- tetrodi;
- pentodes u. c.
Diode ir vakuuma ierīce ar diviem elektrodiem - katodu un anodu. Katods ir savienots ar barošanas avota negatīvo polu, bet anods - ar pozitīvo polu. Katoda mērķis ir emitēt elektronus, kad to līdz noteiktai temperatūrai uzkarsē ar elektrisko strāvu. Elektroni tiek izmantoti, lai radītu telpas lādiņu starp katodu un anodu. Ātrākie elektroni steidzas uz anodu, šķērsojot telpas lādiņa negatīvo potenciālu barjeru. Anods saņem daļiņas. Ārējā ķēdē tiek radīta anodiskā strāva. Elektronu plūsmu kontrolē ar papildu elektrodu palīdzību, kuriem tiek pievadīts elektriskais potenciāls. Diodes tiek izmantotas, lai pārveidotu maiņstrāvu līdzstrāvā.
Elektronikas lietojumprogrammas
Mūsdienās izmanto pusvadītāju tipa diodes.
Elektronikā plaši izmanto diodēm piemītošo īpašību caurlaidīt strāvu tiešajā virzienā un nevadīt strāvu atpakaļgaitā.
LED darbības pamatā ir pusvadītāju kristālu īpašība spīdēt, kad caur p-n pāreju taisnā virzienā plūst strāva.
Galvaniskie līdzstrāvas avoti - baterijas
Ķīmiskos elektriskās strāvas avotus, kuros notiek atgriezeniskas reakcijas, sauc par uzlādējamiem akumulatoriem: tos uzlādē un izmanto atkārtoti.
Svina-skābes akumulatora darbības laikā notiek redoksreakcija. Metāliskais svins oksidējas un atdod elektronus, reducējot svina dioksīdu, kas pārņem elektronus. Akumulatorā esošais metāliskais svins ir anods, un tas ir negatīvi lādēts. Svina dioksīds ir katods, un tas ir pozitīvi lādēts.
Izlādējoties akumulatoram, tiek patērētas katoda un anoda vielas un to elektrolīts - sērskābe. Lai uzlādētu akumulatoru, tas tiek pieslēgts strāvas avotam (no plusa uz plusu, no mīnusa uz mīnusu). Strāvas virziens tagad ir pretējs tam, kāds tas bija akumulatora izlādes brīdī. Elektroķīmiskie procesi pie elektrodiem ir "apgriezti". Svina elektrods tagad kļūst par katodu, kurā notiek reducēšanas process, un svina dioksīds kļūst par anodu, kurā notiek oksidēšanas process. Akumulatoram nepieciešamās vielas atkal tiek radītas akumulatorā.
Kādēļ rodas neskaidrības?
Problēma rodas tāpēc, ka konkrētu lādiņa zīmi nevar stingri piesaistīt ne anodam, ne katodam. Bieži vien katods ir pozitīvi lādēts elektrods, bet anods ir negatīvs elektrods. Bieži, bet ne vienmēr. Viss ir atkarīgs no procesa, kas notiek pie elektroda.
BRĪDINĀJUMS! Elektrolītā ievietota detaļa var būt gan anods, gan katods. Viss ir atkarīgs no procesa mērķa: uzklāt vēl vienu metāla slāni vai noņemt metāla slāni.
Kā noteikt anodu un katodu
Elektroķīmijā anods ir elektrods, kurā notiek oksidēšanās procesi, bet katods ir elektrods, kurā notiek reducēšanās procesi.
Diodē izvadus sauc par anodu un katodu. Strāva caur diodi plūdīs, ja anoda vads būs savienots ar "plusu", bet katoda vads - ar "mīnusu".
Jaunai gaismas diodei ar nesagrieztiem tapām anoda un katoda garums tiek noteikts vizuāli. Katods ir īsāks.
Ja kontakti ir pārgriezti, palīdzēs tiem pievienots akumulators. Gaisma parādīsies, kad polaritātes sakritīs.
Anoda un katoda zīme
Elektroķīmijā pareizāk ir runāt par procesiem, kas notiek uz elektrodiem, nevis par elektrodu pazīmēm. Redukcijas reakcija notiek uz katoda, bet oksidācijas reakcija - uz anoda.
Elektrotehnikā katodu savieno ar strāvas avota negatīvo polu, bet anodu - ar pozitīvo polu.
Saistītie raksti:
