Anodi ja katodi ovat eri elektrodeja löytyy sähkökemiallisissa kennoissa. Nämä ovat laitteita, jotka pystyvät tuottamaan sähköenergiaa kemiallisen reaktion avulla. Sähkökemialliset kennot ovat eniten käytettyjä paristoja.
Sähkökemiallisia kennoja on kahta tyyppiä, elektrolyyttisiä kennoja ja galvaanisia tai voltaattisia kennoja. Elektrolyyttisissä kennoissa energiaa tuottava kemiallinen reaktio ei tapahdu spontaanisti, mutta sähkövirta muuttuu kemialliseksi hapettumisen-pelkistysreaktioksi.
Galvaaninen kenno koostuu kahdesta puolikennosta. Ne yhdistetään kahdella elementillä, metallisella johtimella ja suolaisillalla.
Sähköjohdin, kuten nimensä viittaa, johtaa sähköä, koska sillä on hyvin pieni vastus sähkövarauksen liikkeelle. Paras johdin on yleensä metalli.
Suolasilta on putki, joka yhdistää kaksi puolisolua pitäen samalla yllä niiden sähköisen kosketuksen ja antamatta kummankin kennon komponenttien tulla toisiinsa. Galvaanisen kennon jokainen puolisolu sisältää elektrodin ja elektrolyytin.
Kun kemiallinen reaktio tapahtuu, toinen puolisoluista menettää elektroneja kohti elektrodiaan hapetusprosessin kautta; kun taas toinen saa elektroneja elektrodilleen pelkistysprosessin kautta.
Hapetusprosessit tapahtuvat anodilla ja pelkistysprosessit katodilla
Anodi
Anodin nimi tulee kreikan αν (aná): ylöspäin ja οδός (odós): tapa. Faraday loi tämän termin 1800-luvulla.
Paras määritelmä anodille on elektrodi, joka menettää elektroneja hapetusreaktiossa. Se on yleensä kytketty sähkövirran siirtymisen positiiviseen napaan, mutta näin ei aina ole.
Vaikka akkuissa anodi on positiivinen napa, LED-valoissa se on päinvastainen, ja anodi on negatiivinen napa.
Normaalisti sähkövirran suunta määritetään, arvioitaessa sitä vapaiden varausten suunnana, mutta jos johdin ei ole metalli, syntyvät positiiviset varaukset siirtyvät ulkoiseen johtimeen.
Tämä liike merkitsee sitä, että meillä on positiivisia ja negatiivisia varauksia, jotka liikkuvat vastakkaisiin suuntiin, joten sanotaan, että virran suunta on anodissa olevien kationien positiivisten varausten polku kohti anodien negatiivista varausta löytyy katodista.
Galvaanisissa kennoissa, joissa on metallijohdin, reaktiossa syntyvä virta seuraa polkua positiivisesta negatiiviseen napaan.
Mutta elektrolyyttisissä kennoissa, koska niissä ei ole metallisia johtimia, vaan pikemminkin elektrolyyttiä, löydetään ioneja, joilla on positiivinen ja negatiivinen varaus, jotka liikkuvat vastakkaisiin suuntiin.
Termioniset anodit vastaanottavat suurimman osan katodista tulevista elektroneista, kuumentavat anodin ja heidän on löydettävä tapa hajottaa se. Tämä lämpö syntyy jännitteessä, joka syntyy elektronien välillä.
Erityiset anodit
On olemassa erityinen tyyppi anodeja, kuten röntgensäteiden sisäpuolella olevia.Näissä putkissa elektronien tuottama energia röntgensäteiden tuottamisen lisäksi tuottaa suurta energiaa, joka lämmittää anodin.
Tämä lämpö tuotetaan kahden elektrodin välisessä eri jännitteessä, joka kohdistaa painetta elektroniin. Kun elektronit liikkuvat sähkövirralla, ne iskeytyvät anodia vastaan ja lähettävät lämpöä siihen.
Katodi
Katodi on negatiivisesti varautunut elektrodi, joka läpikäy pelkistysreaktion kemiallisessa reaktiossa, jossa sen hapetustila vähenee, kun se vastaanottaa elektroneja.
Kuten anodilla, myös Faraday ehdotti termiä katodi, joka tulee kreikkalaisesta κατά: 'alaspäin' ja ὁδός: 'tapa'. Tälle elektrodille negatiivinen varaus annettiin ajan myötä.
Tämä lähestymistapa osoittautui vääräksi, koska sillä on laitteesta riippuen se on toinen tai toinen.
Tämä suhde negatiiviseen napaan, kuten anodiin, johtuu oletuksesta, että virta virtaa positiivisesta navasta negatiiviseen napaan. Tämä syntyy galvaanisessa kennossa.
Elektrolyyttisten kennojen sisällä, energiansiirtoaineessa, joka ei ole metallissa, vaan elektrolyytissä, negatiiviset ja positiiviset ionit voivat esiintyä rinnakkain, jotka liikkuvat vastakkaisiin suuntiin. Mutta sopimuksen mukaan virran sanotaan menevän anodilta katodille.
Erityiset katodit
Yksi tyyppi erityisistä katodeista on termioniset katodit. Näissä katodi emittoi elektroneja lämmön vaikutuksesta.
Termioniventtiileissä katodi voi kuumentua itsensä kiertämällä lämmitysvirtaa siihen kiinnitetyssä hehkulankassa.
Tasapainoreaktio
Jos otamme galvaanisen kennon, joka on yleisin sähkökemiallinen kenno, voimme muotoilla syntyvän tasapainoreaktion.
Jokaisella galvaanisen kennon muodostavalla puolikennolla on ominaisjännite, joka tunnetaan pelkistyspotentiaalina. Kussakin puolisolussa tapahtuu hapettumisreaktio eri ionien välillä.
Kun tämä reaktio saavuttaa tasapainon, solu ei pysty tarjoamaan enää jännitystä. Tällä hetkellä puolisolussa tällä hetkellä tapahtuvalla hapetuksella on positiivinen arvo, mitä lähempänä sitä on tasapaino. Reaktion potentiaali on sitä suurempi, mitä enemmän tasapaino saavutetaan.
Kun anodi on tasapainossa, se alkaa menettää elektroneja, jotka kulkevat johtimen läpi katodiin.
Pelkistysreaktio tapahtuu katodilla, mitä kauempana se on tasapainosta, sitä enemmän potentiaalia reaktiolla on, kun se tapahtuu ja ottaa elektronit, jotka tulevat anodista.
Viitteet
- HUHEEY, James E., et ai. Epäorgaaninen kemia: rakenteen ja reaktiivisuuden periaatteet. Pearson Education India, 2006.
- SIENKO, Michell J.; ROBERT, A. Kemia: periaatteet ja ominaisuudet. New York, Yhdysvallat: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Yleinen kemia: periaatteet ja rakenne. Wiley, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H., et ai. Yleinen kemia. Amerikan välinen koulutusrahasto, 1977.
- MASTERTON, William L.; HURLEY, Cecile N. Kemia: periaatteet ja reaktiot. Cengage Learning, 2015.
- BABOR, Joseph A.; BABOR, JoseJoseph A.; AZNÁREZ, José Ibarz. Moderni yleinen kemia: Johdatus fysikaaliseen kemiaan ja korkeampaan kuvailevaan kemiaan (epäorgaaninen, orgaaninen ja biokemia). Marin,, 1979.
- CHARLOT, Gaston; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Sähkökemialliset reaktiot. Toray-Masson, 1969.