Anodo in katodo so vrste elektrod najdemo v elektrokemijskih celic. To so naprave, ki lahko s kemično reakcijo proizvajajo električno energijo. Najbolj uporabljene elektrokemijske celice so baterije.
Obstajata dve vrsti elektrokemičnih celic, elektrolitične celice in galvanske ali voltajske celice. V elektrolitskih celicah se kemijska reakcija, ki proizvaja energijo, ne zgodi spontano, ampak se električni tok pretvori v reakcijo redukcije kemične oksidacije.
Galvansko celico sestavljata dve polovični celici. Ta sta povezana dva elementa, kovinski prevodnik in solni most.
Električni vodnik, kot pove že njegovo ime, odda električno energijo, ker ima zelo malo odpornosti proti gibanju električnega naboja. Najboljši dirigenti so ponavadi kovinski.
Solni most je cev, ki povezuje dve polovici celic, pri čemer vzdržujeta njihov električni stik, ne da bi pustili, da se sestavni deli vsake celice združijo. Vsaka polovica galvanske celice vsebuje elektrodo in elektrolit.
Ko pride do kemične reakcije, ena od polovic celic izgubi elektrone proti svoji elektrodi s postopkom oksidacije; medtem ko drugi pridobiva elektrone za svojo elektrodo skozi postopek redukcije.
Oksidacijski procesi se pojavljajo na anodi, redukcijski procesi pa na katodi
Anoda
Ime anode prihaja iz grške ανά (aná): navzgor, in οδός (odós): pot. Faraday je bil tisti, ki je ta izraz skoval v 19. stoletju.
Najboljša definicija anode je elektroda, ki izgubi elektrone v reakciji oksidacije. Običajno je vezan na pozitivni pol tranzita električnega toka, vendar to ni vedno tako.
Čeprav je v baterijah anoda pozitivni pol, je pri LED lučkah obratno, pri anodi je negativni pol.
Običajno je smer električnega toka definirana, pri čemer to štejemo kot smer prostih nabojev, če pa prevodnik ni kovinski, se pozitivni naboji prenesejo na zunanji prevodnik.
To gibanje pomeni, da imamo pozitivne in negativne naboje, ki se premikajo v nasprotnih smereh, zato rečemo, da je smer toka pot pozitivnih nabojev kationov, ki jih najdemo v anodi, proti negativnemu naboju anod. najdemo na katodi.
V galvanskih celicah s kovinskim prevodnikom tok, ustvarjen v reakciji, sledi poti od pozitivnega do negativnega pola.
Toda v elektrolitskih celicah, ker nimajo kovinskega prevodnika, temveč elektrolita, lahko najdemo ione s pozitivnim in negativnim nabojem, ki se premikajo v nasprotnih smereh.
Termionske anode prejmejo večino elektronov, ki prihajajo iz katode, segrevajo anodo in morajo najti način, kako jo razpršiti. Ta toplota nastaja v napetosti, ki nastane med elektroni.
Posebne anode
Obstaja posebna vrsta anode, kot so tiste, ki jih najdemo znotraj rentgenskih žarkov. V teh ceveh energija, ki jo proizvajajo elektroni, poleg tega, da ustvari rentgenske žarke, ustvari veliko energije, ki segreva anodo.
Ta toplota se proizvaja pri različni napetosti med obema elektrodama, ki pritiska na elektrone. Ko se elektroni gibljejo v električnem toku, vplivajo na anodo in nanjo oddajajo svojo toploto.
Katoda
Katoda je negativno nabita elektroda, ki v kemijski reakciji podleže redukciji, pri čemer se njeno oksidacijsko stanje zmanjša, ko sprejme elektrone.
Tako kot pri anodi je tudi Faraday predlagal izraz katoda, ki izvira iz grškega κατά: 'navzdol' in ὁδός: 'pot'. Tej elektrodi so sčasoma pripisali negativni naboj.
Ta pristop se je izkazal za napačnega, saj ima glede na napravo, v kateri je, eno ali drugo obremenitev.
Ta odnos z negativnim polom, tako kot z anodo, izhaja iz predpostavke, da tok teče iz pozitivnega v negativni pol. To nastane znotraj galvanske celice.
Znotraj elektrolitskih celic lahko medij za prenos energije, ki ni v kovini, ampak v elektrolitu, lahko obstajajo negativni in pozitivni ioni, ki se premikajo v nasprotnih smereh. Toda po dogovoru naj bi tok šel od anode do katode.
Posebne katode
Ena vrsta specifičnih katod so termionske katode. Pri njih katoda oddaja elektrone zaradi učinka toplote.
V termičnih ventilih se lahko katoda segreje tako, da kroži ogrevalni tok v žarnici, ki je pritrjena nanjo.
Ravnotežna reakcija
Če vzamemo galvansko celico, ki je najpogostejša elektrokemična celica, lahko oblikujemo ravnotežno reakcijo, ki nastane.
Vsaka polovica, ki sestavlja galvansko celico, ima značilno napetost, znano kot redukcijski potencial. Znotraj vsake pol-celice pride do oksidacijske reakcije med različnimi ioni.
Ko ta reakcija doseže ravnovesje, celica ne more več napetosti. V tem času bo oksidacija, ki v tistem trenutku poteka v pol-celici, pozitivna, čim bližje je ravnotežju. Potencial reakcije bo večji, ko bo doseženo bolj ravnotežje.
Ko je anoda v ravnovesju, začne izgubljati elektrone, ki prehajajo skozi prevodnik do katode.
Reakcija redukcije poteka na katodi, dlje kot je iz ravnotežja, več potenciala bo imela reakcija, ko se pojavi, in sprejme elektrone, ki prihajajo iz anode.
Reference
- HUHEEY, James E. in sod. Anorganska kemija: načela strukture in reaktivnosti. Pearson Education India, 2006.
- SIENKO, Michell J .; ROBERT, A. Kemija: načela in lastnosti. New York, ZDA: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Splošna kemija: načela in struktura. Wiley, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H. in sod. Splošna kemija. Medameriški izobraževalni sklad, 1977.
- MASTERTON, William L .; HURLEY, Cecile N. Kemija: načela in reakcije. Cengage Learning, 2015.
- BABOR, Jožef A .; BABOR, JoseJoseph A .; AZNÁREZ, José Ibarz. Sodobna splošna kemija: uvod v fizikalno kemijo in višjo opisno kemijo (anorganska, organska in biokemija). Marin, 1979.
- CHARLOT, Gaston; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Elektrokemijske reakcije. Toray-Masson, 1969.