Bieži vien rodas problēma, nosakot, kurš no elektrodiem ir katods un kurš ir anods. Vispirms jums ir jāsaprot termini.
Saturs
Katoda un anoda jēdziens - vienkāršs skaidrojums
Sarežģītās vielās elektroni savienojumos starp atomiem ir sadalīti nevienmērīgi. Mijiedarbības rezultātā daļiņas pārvietojas no vienas vielas atoma uz citas vielas atomu. Reakciju sauc par redoksu. Elektronu zudumu sauc par oksidāciju, un elementu, kas nodod elektronus, sauc par reducētāju.
Elektronu pievienošanu sauc par reducēšanu, uztverošais elements šajā procesā ir oksidētājs. Elektronu pārnešana no reducētāja uz oksidētāju var notikt caur ārēju ķēdi, un pēc tam to var izmantot kā elektriskās enerģijas avotu.Ierīces, kurās ķīmiskās reakcijas enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā, sauc par galvaniskajām šūnām.
Vienkāršākais klasiskais galvaniskā elementa piemērs ir divas plāksnes, kas izgatavotas no dažādiem metāliem un iegremdētas elektrolīta šķīdumā. Šādā sistēmā vienā metālā notiek oksidēšanās, bet citā – reducēšana.
SVARĪGS! Elektrodu, pie kura notiek oksidēšanās, sauc par anodu. Elektrods, uz kura notiek samazināšana, ir katods.
No skolas ķīmijas mācību grāmatām ir zināms vara-cinka galvaniskās šūnas piemērs, kas darbojas cinka un vara sulfāta reakcijas enerģijas dēļ. Jacobi-Daniel ierīcē vara plāksni ievieto vara sulfāta šķīdumā (vara elektrodā), cinka plāksni iegremdē cinka sulfāta šķīdumā (cinka elektrodā). Cinka elektrods šķīdumam izdala katjonus, radot tajā lieko pozitīvo lādiņu, un pie vara elektroda šķīdums ir noplicināts ar katjoniem, šeit šķīdums ir negatīvi uzlādēts.
Ārējās ķēdes aizvēršana izraisa elektronu plūsmu no cinka elektroda uz vara elektrodu. Līdzsvara attiecības fāzes robežās tiek pārtrauktas. Notiek oksidēšanās-reducēšanās reakcija.
Spontānas ķīmiskās reakcijas enerģija tiek pārveidota par elektrisko enerģiju.
Ja ķīmisko reakciju izraisa elektriskās strāvas ārējā enerģija, notiek process, ko sauc par elektrolīzi. Elektrolīzes laikā notiekošie procesi ir pretēji procesiem, kas notiek galvaniskās šūnas darbības laikā.
UZMANĪBU! Elektrodu, kurā notiek reducēšana, sauc arī par katodu, bet elektrolīzē tas ir negatīvi uzlādēts, savukārt anods ir pozitīvi.
Pielietojums elektroķīmijā
Anodi un katodi piedalās daudzās ķīmiskās reakcijās:
- elektrolīze;
- Elektroekstrakcija;
- galvanizācija;
- Elektrotips.
Metālus iegūst ar kausētu savienojumu un ūdens šķīdumu elektrolīzi, metālus attīra no piemaisījumiem un ekstrahē vērtīgās sastāvdaļas (elektrolītiskā attīrīšana). Plāksnes tiek izlietas no tīrāmā metāla. Tie tiek ievietoti kā anodi elektrolizatorā. Elektriskās strāvas ietekmē metāls izšķīst. Tās katjoni nonāk šķīdumā un tiek izvadīti pie katoda, veidojot tīra metāla nogulsnes. Piemaisījumi, kas atrodas sākotnējā neattīrītā metāla plāksnē, vai nu paliek nešķīstoši kā anoda nogulsnes, vai arī nonāk elektrolītā, kur tie tiek noņemti. Varš, niķelis, svins, zelts, sudrabs, alva tiek pakļauti elektrolītiskajai attīrīšanai.
Elektroekstrakcija ir metāla atdalīšana no šķīduma elektrolīzes laikā. Lai metāls nonāktu šķīdumā, to apstrādā ar īpašiem reaģentiem. Procesa laikā pie katoda tiek nogulsnēts augstas tīrības pakāpes metāls. Tādā veidā tiek iegūts cinks, varš, kadmijs.
Lai izvairītos no korozijas, piešķirtu izturību, dekorētu izstrādājumu, viena metāla virsma tiek pārklāta ar cita metāla slāni. Šo procesu sauc par galvanizāciju.
Galvanizācija ir metāla kopiju iegūšana no lielapjoma objektiem ar metāla elektropārklāšanu.
Pielietojums vakuuma elektroniskajās ierīcēs
Katoda un anoda darbības principu vakuuma ierīcē var demonstrēt ar elektronu lampu.Tas izskatās kā hermētiski noslēgts trauks ar metāla daļām iekšpusē. Ierīci izmanto elektrisko signālu labošanai, ģenerēšanai un konvertēšanai. Atkarībā no elektrodu skaita ir:
- diodes;
- triodes;
- tetrodes;
- pentodes utt.
Diode ir vakuuma ierīce ar diviem elektrodiem, katodu un anodu. Katods ir savienots ar strāvas avota negatīvo polu, anods - ar pozitīvo. Katoda mērķis ir izstarot elektronus, kad tie tiek uzkarsēti ar elektrisko strāvu līdz noteiktai temperatūrai. Izstarotie elektroni rada telpas lādiņu starp katodu un anodu. Ātrākie elektroni steidzas uz anodu, pārvarot telpas lādiņa negatīvo potenciālu barjeru. Anods saņem šīs daļiņas. Ārējā ķēdē tiek izveidota anoda strāva. Elektronisko plūsmu kontrolē papildu elektrodi, pieliekot tiem elektrisko potenciālu. Ar diožu palīdzību maiņstrāva tiek pārveidota par līdzstrāvu.
Pielietojums elektronikā
Mūsdienās tiek izmantotas pusvadītāju diodes.
Elektronikā plaši tiek izmantota diožu īpašība izlaist strāvu uz priekšu un nelaist pretējā virzienā.
Gaismas diodes darbības pamatā ir pusvadītāju kristālu īpašība spīdēt, kad strāva tiek laista caur p-n krustojumu virzienā uz priekšu.
Galvaniskās līdzstrāvas avoti - baterijas
Elektriskās strāvas ķīmiskos avotus, kuros notiek atgriezeniskas reakcijas, sauc par akumulatoriem: tie tiek atkārtoti uzlādēti un izmantoti atkārtoti.
Svina akumulatora darbības laikā notiek redoksreakcija.Metāliskais svins oksidējas, nodod savus elektronus, samazinot svina dioksīdu, kas pieņem elektronus. Svina metāls akumulatorā ir anods un ir negatīvi uzlādēts. Svina dioksīds ir katods un pozitīvi uzlādēts.
Akumulatoram izlādējoties, tiek patērētas katoda un anoda vielas un to elektrolīts – sērskābe. Lai uzlādētu akumulatoru, tas ir pievienots strāvas avotam (plus plus, mīnus mīnus). Strāvas virziens tagad ir pretējs tam, kāds tas bija, kad akumulators bija izlādējies. Elektroķīmiskie procesi uz elektrodiem ir "apgriezti". Tagad svina elektrods kļūst par katodu, uz tā notiek reducēšanas process, un svina dioksīds kļūst par anodu, un notiek oksidācijas procedūra. Akumulators no jauna rada tā darbībai nepieciešamās vielas.
Kāpēc rodas neskaidrības?
Problēma rodas tāpēc, ka noteiktu lādiņa zīmi nevar stingri piestiprināt pie anoda vai katoda. Bieži katods ir pozitīvi lādēts elektrods, un anods ir negatīvs. Bieži, bet ne vienmēr. Tas viss ir atkarīgs no procesa, kas notiek uz elektroda.
UZMANĪBU! Daļa, kas tiek ievietota elektrolītā, var būt gan anods, gan katods. Tas viss ir atkarīgs no procesa mērķa: uz tā jāuzliek vēl viens metāla slānis vai jānoņem.
Kā atpazīt anodu un katodu
Elektroķīmijā anods ir elektrods, pie kura notiek oksidācijas procesi, katods ir elektrods, kurā notiek reducēšana.
Diodēs krānus sauc par anodu un katodu. Caur diodi plūdīs strāva, ja anoda krāns ir savienots ar "plusu", "katoda" krāns - ar "mīnusu".
Jaunam LED ar neapgrieztiem kontaktiem anodu un katodu nosaka vizuāli pēc garuma. Katods ir īsāks.
Ja kontakti ir nogriezti, palīdzēs tiem pievienotais akumulators. Gaisma parādīsies, kad sakritīs polaritātes.
Anoda un katoda zīme
Elektroķīmijā pareizāk ir runāt nevis par elektrodu lādiņu pazīmēm, bet gan par tajos notiekošajiem procesiem. Reducēšanas reakcija notiek uz katoda, un oksidācijas reakcija notiek pie anoda.
Elektrotehnikā strāvas plūsmai katods ir savienots ar strāvas avota negatīvo polu, anods - ar pozitīvo.
Līdzīgi raksti:
