Usein on ongelma sen määrittämisessä, mikä elektrodeista on katodi ja mikä anodi. Ensin sinun on ymmärrettävä ehdot.
Sisältö
Katodin ja anodin käsite - yksinkertainen selitys
Monimutkaisissa aineissa elektronit jakautuvat epätasaisesti yhdisteiden atomien välillä. Vuorovaikutuksen seurauksena hiukkaset siirtyvät yhden aineen atomista toisen atomiin. Reaktiota kutsutaan redoksiksi. Elektronien häviötä kutsutaan hapetukseksi, ja elektroneja luovuttavaa alkuainetta kutsutaan pelkistimeksi.
Elektronien lisäämistä kutsutaan pelkistykseksi, vastaanottava elementti tässä prosessissa on hapetin. Elektronien siirto pelkistimestä hapettavaan aineeseen voi tapahtua ulkoisen piirin kautta ja sitten sitä voidaan käyttää sähköenergian lähteenä.Laitteita, joissa kemiallisen reaktion energia muunnetaan sähköenergiaksi, kutsutaan galvaaniseksi kennoksi.
Yksinkertaisin klassinen esimerkki galvaanisesta kennosta on kaksi eri metalleista valmistettua levyä, jotka on upotettu elektrolyyttiliuokseen. Tällaisessa järjestelmässä hapettumista tapahtuu yhdessä metallissa ja pelkistymistä toisessa.
TÄRKEÄ! Elektrodia, jossa hapettuminen tapahtuu, kutsutaan anodiksi. Elektrodi, jolla pelkistys tapahtuu, on katodi.
Koulukemian oppikirjoista tunnetaan esimerkki galvaanisesta kupari-sinkkikennosta, joka toimii sinkin ja kuparisulfaatin välisen reaktion energian ansiosta. Jacobi-Daniel-laitteessa kuparilevy asetetaan kuparisulfaattiliuokseen (kuparielektrodi), sinkkilevy upotetaan sinkkisulfaattiliuokseen (sinkkielektrodi). Sinkkielektrodi vapauttaa liuokseen kationeja, jolloin syntyy ylimääräinen positiivinen varaus, ja kuparielektrodilla liuoksessa on kationeja, jolloin liuos on negatiivisesti varautunut.
Ulkoisen piirin sulkeminen saa elektroneja virtaamaan sinkkielektrodista kuparielektrodille. Tasapainosuhteet vaiherajoilla katkeavat. Hapettumis-pelkistysreaktio tapahtuu.
Spontaanin kemiallisen reaktion energia muunnetaan sähköenergiaksi.
Jos sähkövirran ulkoinen energia aiheuttaa kemiallisen reaktion, tapahtuu prosessi, jota kutsutaan elektrolyysiksi. Elektrolyysin aikana tapahtuvat prosessit ovat päinvastaisia kuin galvaanisen kennon toiminnan aikana tapahtuvat prosessit.
HUOMIO! Elektrodia, jossa pelkistys tapahtuu, kutsutaan myös katodiksi, mutta elektrolyysissä se on negatiivisesti varautunut, kun taas anodi on varautunut positiivisesti.
Sovellus sähkökemiassa
Anodit ja katodit osallistuvat moniin kemiallisiin reaktioihin:
- Elektrolyysi;
- Sähköinen uutto;
- galvanointi;
- Elektrotyyppi.
Metalleja saadaan sulatettujen yhdisteiden ja vesiliuosten elektrolyysillä, metallit puhdistetaan epäpuhtauksista ja arvokkaat komponentit uutetaan (elektrolyyttinen raffinointi). Levyt valetaan puhdistettavasta metallista. Ne asetetaan anodeina elektrolysaattoriin. Sähkövirran vaikutuksesta metalli liukenee. Sen kationit liukenevat ja purkautuvat katodissa muodostaen puhtaan metallin kerrostuman. Alkuperäisen puhdistamattoman metallilevyn sisältämät epäpuhtaudet joko jäävät liukenemattomiksi anodilietteenä tai siirtyvät elektrolyyttiin, josta ne poistetaan. Kupari, nikkeli, lyijy, kulta, hopea ja tina puhdistetaan elektrolyyttisesti.
Sähköuutto on prosessi, jossa metalli erotetaan liuoksesta elektrolyysin aikana. Jotta metalli menisi liuokseen, sitä käsitellään erityisillä reagensseilla. Prosessin aikana katodille saostuu erittäin puhdasta metallia. Näin saadaan sinkkiä, kuparia, kadmiumia.
Korroosion välttämiseksi, lujuuden antamiseksi ja tuotteen koristelemiseksi yhden metallin pinta peitetään toisen kerroksella. Tätä prosessia kutsutaan galvanoimiseksi.
Galvanointi on prosessi, jossa metallikopioita saadaan massakappaleista metallin sähköpinnoituksella.
Sovellus tyhjiöelektroniikkalaitteissa
Katodin ja anodin toimintaperiaate tyhjiölaitteessa voidaan osoittaa elektronilampulla.Se näyttää hermeettisesti suljetulta astialta, jonka sisällä on metalliosia. Laitetta käytetään sähköisten signaalien tasasuuntaamiseen, generointiin ja muuntamiseen. Elektrodien lukumäärän mukaan on:
- diodit;
- triodit;
- tetrodit;
- pentodeja jne.
Diodi on tyhjiölaite, jossa on kaksi elektrodia, katodi ja anodi. Katodi on kytketty virtalähteen negatiiviseen napaan, anodi - positiiviseen. Katodin tarkoitus on lähettää elektroneja, kun se kuumennetaan sähkövirralla tiettyyn lämpötilaan. Emittoidut elektronit muodostavat tilavarauksen katodin ja anodin väliin. Nopeimmat elektronit ryntäävät anodille ylittäen avaruusvarauksen negatiivisen potentiaaliesteen. Anodi vastaanottaa nämä hiukkaset. Ulkoiseen piiriin syntyy anodivirta. Elektronista virtausta ohjataan lisäelektrodeilla kohdistamalla niihin sähköpotentiaali. Diodien avulla vaihtovirta muunnetaan tasavirraksi.
Sovellus elektroniikassa
Nykyään käytetään puolijohdetyyppisiä diodeja.
Elektroniikassa käytetään laajalti diodien kykyä siirtää virtaa eteenpäin ja olla kulkematta vastakkaiseen suuntaan.
LEDin toiminta perustuu puolijohdekiteiden kykyyn hehkua, kun virta kuljetetaan p-n-liitoksen läpi eteenpäin.
Galvaaniset tasavirtalähteet - akut
Kemiallisia sähkövirran lähteitä, joissa tapahtuu palautuvia reaktioita, kutsutaan akuiksi: niitä ladataan ja käytetään toistuvasti.
Lyijyakun käytön aikana tapahtuu redox-reaktio.Metallinen lyijy hapettuu, luovuttaa elektronejaan vähentäen lyijydioksidia, joka vastaanottaa elektroneja. Akun lyijymetalli on anodi ja on negatiivisesti varautunut. Lyijydioksidi on katodi ja on positiivisesti varautunut.
Akun tyhjentyessä katodin ja anodin aineet ja niiden elektrolyytti, rikkihappo, kuluvat. Akun lataamista varten se liitetään virtalähteeseen (plus plus plus, miinus miinus). Virran suunta on nyt päinvastainen kuin se oli akun tyhjentyessä. Elektrodeilla tapahtuvat sähkökemialliset prosessit ovat "käänteisiä". Nyt lyijyelektrodista tulee katodi, pelkistysprosessi tapahtuu siinä ja lyijydioksidista tulee anodi, hapetusprosessin aikana. Akku luo uudelleen toimintansa edellyttämät aineet.
Miksi on hämmennystä?
Ongelma johtuu siitä, että tiettyä varausmerkkiä ei voida kiinnittää tukevasti anodiin tai katodiin. Usein katodi on positiivisesti varautunut elektrodi ja anodi negatiivinen. Usein, mutta ei aina. Kaikki riippuu elektrodilla tapahtuvasta prosessista.
HUOMIO! Elektrolyyttiin sijoitettu osa voi olla sekä anodi että katodi. Kaikki riippuu prosessin tarkoituksesta: sinun on asetettava toinen metallikerros siihen tai poistettava se.
Kuinka tunnistaa anodi ja katodi
Sähkökemiassa anodi on elektrodi, jossa hapettumisprosessit tapahtuvat, katodi on elektrodi, jossa pelkistys tapahtuu.
Diodissa hanoja kutsutaan anodiksi ja katodiksi. Virta kulkee diodin läpi, jos anodihana on kytketty "plusaan", "katodi" -liitäntä "miinuskohtaan".
Uudessa LEDissä, jossa on leikkaamattomat koskettimet, anodi ja katodi määritetään visuaalisesti pituuden mukaan. Katodi on lyhyempi.
Jos koskettimet katkeavat, niihin kiinnitetty akku auttaa. Valo syttyy, kun napaisuus täsmää.
Anodi- ja katodimerkki
Sähkökemiassa on oikeampaa puhua ei elektrodien varausten merkeistä, vaan niissä tapahtuvista prosesseista. Pelkistysreaktio tapahtuu katodilla ja hapetusreaktio tapahtuu anodilla.
Sähkötekniikassa virran kulkua varten katodi on kytketty virtalähteen negatiiviseen napaan ja anodi positiiviseen napaan.
Samanlaisia artikkeleita:
