Anoda a katoda jsou typy elektrod nacházejí v elektrochemických článcích. Jedná se o zařízení schopná produkovat elektrickou energii chemickou reakcí. Nejpoužívanějšími elektrochemickými články jsou baterie.
Existují dva typy elektrochemických článků, elektrolytické články a galvanické nebo voltaické články. V elektrolytických buňkách nedochází k chemické reakci, která produkuje energii, spontánně, ale elektrický proud je přeměněn na reakci chemické oxidace-redukce.
Galvanický článek je tvořen dvěma polovičními články. Jsou spojeny dvěma prvky, kovovým vodičem a solným můstkem.
Elektrický vodič, jak jeho název napovídá, vede elektřinu, protože má velmi malý odpor vůči pohybu elektrického náboje. Nejlepší vodiče jsou obvykle kovové.
Solný můstek je trubice, která spojuje dva poločlánky, přičemž udržuje jejich elektrický kontakt, aniž by se nechaly spojit komponenty každého článku. Každá polovina článku galvanického článku obsahuje elektrodu a elektrolyt.
Když nastane chemická reakce, jedna z polovičních buněk ztratí elektrony směrem ke své elektrodě oxidačním procesem; zatímco druhý získává elektrony pro svoji elektrodu prostřednictvím procesu redukce.
Oxidační procesy probíhají na anodě a redukční procesy na katodě
Anoda
Jméno anody pochází z řeckého ανά (aná): vzhůru a οδός (odós): way. Faraday byl ten, kdo vytvořil tento termín v 19. století.
Nejlepší definicí anody je elektroda, která při oxidační reakci ztratí elektrony. Normálně je spojena s kladným pólem přenosu elektrického proudu, ale není tomu tak vždy.
Ačkoli v bateriích je anoda kladným pólem, u LED svítí opak, přičemž anoda je záporným pólem.
Normálně je směr elektrického proudu definován, přičemž je oceněn jako směr volných nábojů, ale pokud vodič není kovový, jsou kladné náboje, které jsou vytvářeny, přeneseny na externí vodič.
Tento pohyb znamená, že máme kladné a záporné náboje, které se pohybují v opačných směrech, takže se říká, že směr proudu je cestou kladných nábojů kationtů, které jsou v anodě k zápornému náboji anod. nachází se na katodě.
V galvanických článcích, majících kovový vodič, proud generovaný při reakci sleduje cestu od kladného k zápornému pólu.
Ale v elektrolytických článcích, protože nemají kovový vodič, ale spíše elektrolyt, lze nalézt ionty s kladným a záporným nábojem, které se pohybují v opačných směrech.
Termionické anody přijímají většinu elektronů, které pocházejí z katody, zahřívají anodu a musí najít způsob, jak ji rozptýlit. Toto teplo je generováno v napětí, které se vyskytuje mezi elektrony.
Speciální anody
Existuje zvláštní typ anody, jako jsou ty, které se nacházejí uvnitř rentgenových paprsků. V těchto zkumavkách energie produkovaná elektrony kromě produkce rentgenových paprsků generuje také velkou energii, která anodu zahřívá.
Toto teplo je vytvářeno při odlišném napětí mezi oběma elektrodami, které vyvíjí tlak na elektrony. Když se elektrony pohybují v elektrickém proudu, dopadají na anodu a předávají jí teplo.
Katoda
Katoda je elektroda se záporným nábojem, která v chemické reakci podléhá redukční reakci, kde je její oxidační stav snížen, když přijímá elektrony.
Stejně jako u anody navrhl termín katoda, který pochází z řeckého κατά: 'down down', a ὁδός: 'way'. K této elektrodě byl v průběhu času přiřazen záporný náboj.
Ukázalo se, že tento přístup je nepravdivý, protože v závislosti na zařízení, ve kterém je, má jednu nebo druhou zátěž.
Tento vztah k zápornému pólu, stejně jako u anody, vzniká z předpokladu, že proud teče z kladného pólu do záporného pólu. Vzniká uvnitř galvanického článku.
Uvnitř elektrolytických článků může médium pro přenos energie, které není v kovu, ale v elektrolytu, koexistovat negativní a pozitivní ionty, které se pohybují v opačných směrech. Ale podle konvencí se o proudu říká, že jde z anody na katodu.
Speciální katody
Jedním typem specifických katod jsou termionické katody. V nich katoda emituje elektrony vlivem tepla.
U termionických ventilů se může katoda zahřívat cirkulací topného proudu ve vlákně, které je k němu připojeno.
Rovnovážná reakce
Pokud vezmeme galvanický článek, který je nejběžnějším elektrochemickým článkem, můžeme formulovat rovnovážnou reakci, která je generována.
Každá polovina článku, která tvoří galvanický článek, má charakteristické napětí známé jako redukční potenciál. V každé polovině buňky dochází k oxidační reakci mezi různými ionty.
Když tato reakce dosáhne rovnováhy, buňka nemůže poskytnout žádné další napětí. V tomto okamžiku bude mít oxidace, která v tu chvíli probíhá v půlbuněci, kladnou hodnotu, tím blíže je rovnováze. Potenciál reakce bude větší, čím více rovnováhy je dosaženo.
Když je anoda v rovnováze, začíná ztrácet elektrony, které procházejí dirigentem ke katodě.
Redukční reakce probíhá na katodě, čím dále je z rovnováhy, tím větší bude potenciální reakce, když k ní dojde, a vezme elektrony, které přicházejí z anody.
Reference
- HUHEEY, James E., a kol. Anorganická chemie: principy struktury a reaktivity. Pearson Education India, 2006.
- SIENKO, Michell J.; ROBERT, A. Chemie: principy a vlastnosti. New York, USA: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Obecná chemie: principy a struktura. Wiley, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H., et al. Obecná chemie. Meziamerický vzdělávací fond, 1977.
- MASTERTON, William L.; HURLEY, Cecile N. Chemie: principy a reakce. Cengage Learning, 2015.
- BABOR, Joseph A.; BABOR, JoseJoseph A.; AZNÁREZ, José Ibarz. Moderní obecná chemie: Úvod do fyzikální chemie a vyšší popisné chemie (anorganická, organická a biochemie). Marin,, 1979.
- CHARLOT, Gaston; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Elektrochemické reakce. Toray-Masson, 1969.