Что такое анод и катод — простое объяснение

Содержание

Анод положительный. Что такое анод и катод — простое объяснение

Что такое анод и катод — простое объяснение

Автор больше всего боится, что неискушённый читатель далее заголовка читать не станет. Он считает, что определение терминов анод и катод известно каждому грамотному человеку, который, разгадывая кроссворд, на вопрос о наименовании положительного электрода сразу пишет слово анод и по клеточкам всё сходится. Но не так много можно найти вещей страшнее полузнания.

Недавно в поисковой системе Google в разделе «Вопросы и ответы» я нашел даже правило, с помощью которого его авторы предлагают запомнить определение электродов. Вот оно:

«Катод – отрицательный электрод, анод – положительный. А запомнить это проще всего, если посчитать буквы в словах. В катоде столько же букв, сколько в слове «минус», а в аноде соответственно столько же, сколько в термине «плюс».

Правило простое, запоминаемое, надо было бы его предложить школьникам, если бы оно было правильным. Хотя стремление педагогов вложить знания в головы учащихся с помощью мнемоники (наука о запоминании) весьма похвально. Но вернемся к нашим электродам.

Для начала возьмем очень серьезный документ, который является ЗАКОНОМ для науки, техники и, конечно, школы. Это «ГОСТ 15596-82. ИСТОЧНИКИ ТОКА ХИМИЧЕСКИЕ. Термины и определения».

Там на странице 3 можно прочесть следующее: «Отрицательный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является анодом».

То же самое, «Положительный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является катодом». (Термины выделены мной. БХ). Но тексты правила и ГОСТа противоречат друг-другу. В чем же дело?

А всё дело в том, что, например, деталь, опущенная в электролит для никелирования или для электрохимического полирования, может быть и анодом и катодом в зависимости от того наносится на нее другой слой металла или, наоборот, снимается.

Электрический аккумулятор является классическим примером возобновляемого химического источника электрического тока. Он может быть в двух режимах – зарядки и разрядки. Направление электрического тока в этих разных случаях будет в самом аккумуляторе прямо противоположным, хотя полярность электродов не меняется.

В зависимости от этого назначение электродов будет разным. При зарядке положительный электрод будет принимать электрический ток, а отрицательный отпускать. При разрядке – наоборот. При отсутствии движения электрического тока разговоры об аноде и катоде бессмысленны.

«Поэтому, во избежание неясности и неопределенности, а также ради большей точности, – записал в своих исследованиях М.Фарадей в январе 1834г., – я в дальнейшем предполагаю применять термины, определение которых сейчас дам».

Каковы же причины введения новых терминов в науку Фарадеем?

А вот они: «Поверхности, у которых, согласно обычной терминологии, электрический ток входит в вещество и из него выходит, являются весьма важными местами действия и их необходимо отличать от полюсов». (Фарадей. Подчеркнуто нами. БХ)

В те времена после открытия Т. Зеебеком явления термоэлектричества имела хождение гипотеза о том, что магнетизм Земли обусловлен разностью температур полюсов и экватора, вследствие чего возникают токи вдоль экватора.

Она не подтвердилась, но послужила Фарадею в качестве «естественного указателя» при создании новых терминов.

Магнетизм Земли имеет такую полярность, как если бы электрический ток шел вдоль экватора по направлению кажущегося движения солнца.

Фарадей записывает: «На основании этого представления мы предлагаем назвать ту поверхность, которая направлена на восток – анодом, а ту, которая направлена на запад – катодом». В основе новых терминов лежал древнегреческий язык и в переводе они значили: анод – путь (солнца) вверх, катод – путь (солнца) вниз.

В русском языке есть прекрасные термины ВОСХОД и ЗАХОД, которые легко применить для данного случая, но почему-то переводчики Фарадея этого не сделали.

Мы же рекомендуем пользоваться ими, ибо в них корнем слова является ХОД и, во всяком случае, это напомнит пользователю термина, что без движения тока термин не применим.

Для желающего проверить рассуждения создателя термина с помощью других правил, например правила пробочника, сообщаем, что северный магнитный полюс Земли лежит в Антарктиде, возле Южного географического полюса.

Ошибкам в применениях терминов АНОД и КАТОД нет числа. В том числе и в зарубежных справочниках и энциклопедиях. Поэтому в электрохимии пользуются другими определениями, более понятными читателю.

У них анод – это электрод, где протекают окислительные процессы, а катод – это электрод, где протекают восстановительные процессы.

В этой терминологии нет места электронным приборам, но при электротехнической терминологии указать анод радиолампы, например, легко. В него входит электрический ток. (Не путать с направлением электронов).

Литература:

1. Михаил Фарадей. Экспериментальные исследования по электричеству. Том 1. Изд-во АН СССР, М. 1947. с.266-268.

2. Б.Г.Хасапов. Как определять термины «анод» и «катод». ВНИИКИ. Научно-техническая терминология. Реферативный сборник №6, Москва, 1989, с.17-20.

Есть вещи, которые хочется, что называется «развидеть» – термин вполне устоявшийся и понятный.

Евгений Гришковец, рассказывает про железнодорожников. (с) Спектакль «Одновременно»

А есть вещи которые, ну никак не получается запомнить. Это возникает от того, что новое понятие не может однозначно зацепиться за уже известные факты в сознании, никак не получается построить новую связь в семантической сети фактов.

Все знают, что у диода есть катод и анод. Все знают, как диод обозначается на электрической схеме. Но далеко не все могут правильно сказать, где же на схеме что.

Под спойлером картинка, посмотрев на которую, вы навсегда запомните, где у диода анод, а где катод. Должен предупредить, развидеть это не получится, так что тот, кто не уверен в себе, пусть не открывает.

Теперь, когда мы отпугнули слабых, продолжаем…

Да, вот так все просто. Буква К – это катод, буква А – это анод. Извините, теперь и вы это никогда не забудете.

Продолжим, и разберемся куда течет ток. Если приглядеться, обозначение диода представляет собой стрелку. Вот, не поверите – ток течет именно туда, куда показывает стрелка! Что логично, не правда ли? Дальше больше – ток течет “Аткуда” (от Анода) и “Куда” (к Катоду). В обозначениях транзисторов тоже есть стрелки, и они так же обозначают направление тока.

Ток – направленное движение заряженных частиц – это мы все знаем из школьной физики. Каких частиц? Да, любых заряженных! Это могут быть и электроны несущие отрицательный заряд и обделенные электронами частицы – атомы или молекулы, в растворах и плазме – ионы, в полупроводниках – «свободные электроны» или вообще «дырки», что бы это не значило. Так вот, во всем этом зоопарке проще всего разобраться так: ток течет от плюса к минусу, и все. Запомнить это очень просто: «плюс» – интуитивно – это там где чего-то «больше», больше в данном случае зарядов (еще раз – не важно каких!) и текут они в сторону «минуса», где их мало и ждут. Все остальные подробности, непринципиальны.

Ну, и последнее – батарейка. Обозначение тоже всем известно, две палочки подлинней потоньше и покороче потолще. Так вот покороче и потолще символизирует собой минус – эдакий «жирный минус» – как в школе, помните: «ставлю тебе четыре с жирным минусом». Я только так и запомнил, возможно, кто-то предложит вариант лучше.

Теперь, вы без труда ответите на вопрос, загорится ли лампочка в этой схеме:

Определить, какой из электродов является анодом, а какой – катодом, на 1-й взор кажется легко. Принято считать, что анод имеет негативный заряд, катод – правильный. Но на практике могут появиться путаницы в определении.

Инструкция

1. Анод – электрод, на котором протекает реакция окисления. А электрод, на котором происходит поправление, именуется катодом.

2. Возьмите для примера гальванический элемент Якоби-Даниэля. Он состоит из цинкового электрода, опущенного в раствор сульфата цинка, и медного электрода, находящегося в растворе сульфата меди. Растворы соприкасаются между собой, но не смешиваются – для этого между ними предусмотрена пористая перегородка.

3. Цинковый электрод, окисляясь, отдает свои электроны, которые по внешней цепи двигаются к медному электроду. Ионы меди из раствора СuSO4 принимают электроны и восстанавливаются на медном электроде. Таким образом, в гальваническом элементе анод заряжен негативно, а катод – одобрительно.

4. Сейчас разглядите процесс электролиза. Установка для электролиза представляет собой сосуд с раствором либо расплавом электролита, в тот, что опущены два электрода, подключенные к источнику непрерывного тока. Негативно заряженный электрод является катодом – на нем происходит поправление. Анод в данном случае электрод, подключенный к правильному полюсу. На нем происходит окисление.

5. Скажем, при электролизе раствора СuCl2 на аноде происходит поправление меди. На катоде же происходит окисление хлора.

6. Следственно учтите, что анод – не неизменно негативный электрод, так же как и катод не во всех случаях имеет правильный заряд. Фактором, определяющим электрод, является происходящий на нем окислительный либо восстановительный процесс.

Диод имеет два электрода, называемые анодом и катодом. Он горазд проводить ток от анода к катоду, но не напротив. Маркировка, объясняющая предназначение итогов, имеется не на всех диодах .

Знак анода и катода

В литературе встречается различное обозначение знака катода – «-» или «+», что определяется, в частности, особенностями рассматриваемых процессов.

В электрохимии принято считать, что катод – электрод, на котором происходит процесс восстановления , а анод – тот, где протекает процесс окисления .

При работе электролизера (например, при рафинировании меди) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд), здесь происходит восстановление металла, это катод.

На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод.

В электротехнике катод – отрицательный электрод, ток течет от анода к катоду, электроны , соответственно, наоборот.

Ссылки

  • Рекомендации ИЮПАК по выбору знака для величин анодного и катодного токов

Wikimedia Foundation. 2010.

Синонимы:

Смотреть что такое “Катод” в других словарях:

    – (греч. kathodos спуск). Полюс гальванической пары, противоположный аноду. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КАТОД в гальванических элементах и вольтовом столбе отрицательный полюс, т. е. конец… … Словарь иностранных слов русского языкакатод – а, м. cathode f.

Источник: https://danykom.ru/anod-polozhitelnyi-chto-takoe-anod-i-katod-prostoe-obyasnenie/

Что такое анод и катод – простое объяснение – Электро Помощь

Что такое анод и катод — простое объяснение

Задание 1.

1) Какой объем водорода выделится при электролизе водного раствора К2SO4 при прохождении тока 10А в течении 40 минут? Выход по току 85%2) Привести схемы электродных реакций и суммарные уравнения процессов, протекающих при электролизе раствора: а) Cu(NO3)2 с медным анодом, б) AgNO3 с инертным анодом3) Записать схему коррозионного гальванического элемента и уравнения электродных реакций, если луженое (покрытое оловом) железо находится в кислой среде Н2SO4 при частичном нарушении целостности покрытия.4) Для дыхания в замкнутых помещениях (подводные лодки, космические аппараты и др.) используют твердые источники кислорода, действие которых основано на самораспространяющейся экзотермической реакции между хлоратом или перхлоратом и горючим. Рассчитайте, какую массу кислородной свечи состава (масс.) 90% NaClO3, 3% Na2O, 3% Na2O2 и 4% слюды надо сжечь для повышения концентрации кислорода в каюте с 15 до 21 % (об.), имеющей площадь 12 м2 и высоту 2 м. Примите условно выход кислорода за 100 %. Запишите уравнения реакций.

Решение:

1. Расчет объёма водорода при электролизе водного раствора сульфата калия

р-р K2SO4; t = 40 мин = 2400 с;  I = 10 A; F = 96 500 Кл/моль

m (H2) – ?

Диссоциация молекулы К2SO4:  

К2SO4 = 2К+ + SO42-

На электродах протекают следующие реакции: 

Катод: 2|2Н+ + 2= Н2↑
Анод: 1|2H2O – 4= O2↑+ 4H+

Полное уравнение:

4Н+   + 2Н2О = 2Н2   + О2↑ + 4Н+

После сокращения ионов водорода в левой и правой частях уравнения, получим:

2Н2О = 2Н2   + О2↑

Так как на катоде выделяется водород: 

2|2Н+ + 2= Н2↑; 

Тогда 

n = 2

m(Н2) = [M(Н2) . I . t]/(n . F) = (2 г/моль . 10 А . 2400 с)/(2 . 96500 A . c/моль) = 48000/193000 = 0,25 г.

Ответ: m(H2) = 0,25 г.
 

2. Схемы электродных реакций и суммарные уравнения процессов, протекающих при электролизе раствора: а) Cu(NO3)2 с медным анодом, б) AgNO3 с серебряным анодом

а) электролиз Cu(NO3)2 с медным электродом

Уравнение диссоциации:

CaSO4 ⇔ Ca2+ + SO42-

Стандартный электродный потенциал системы: Cu2+ + 2⇔ Cu (+0,34В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов меди:

Cu2+ + 2⇔ Cu0

На аноде будет происходить электрохимическое окисление меди – материала анода, поскольку, отвечающий системе:
Cu2+ – 2  ⇔ Cu  (+0,34В) значительно ниже 2SO42- + 2  ⇔  S2O82-  (+2,01В). Ионы  SO42-, движущиеся к аноду, будут накапливаться в анодном пространстве.

Таким образом, на аноде будет происходить растворение меди – материал анода:
(Сu0 – 2⇔ Cu2+), а на катоде – выделение газообразного водорода.

В анодном пространстае будет накапливаться сульфат меди, а в катодном пространстве ионы меди, соединяясь с гидроксид-ионами, образуют малорастворимое соединение Cu(OH)ё.

Электронные уравнения процессов, происходящих на электродах в случае медного анода:

Катод: Cu2+ + 2⇔ Cu0
Анод: Сu0 – 2⇔ Cu2+

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

2Cu0 + Cu2+ = Cu2+ + Cu0
анод      катод

Электролиз сводится к переносу меди с анода на катод.

Таким образом, при электролизе CuSO4 с медным анодом на катоде будет наблюдаться выделение меди, на аноде будет происходить растворение материала анода (медь) и будут накапливаться ионы меди и сульфат-ионы.

б) AgNO3 с инертными электродами

Нитрат серебра диссоциирует согласно уравнению:

AgNO3 = Ag+  + NO3–.

Стандартный электродный потенциал системы Ag+ + 1  ⇔ Ag0 (+0,80В) значительно положительнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление ионов меди:

Ag+  + 1= Ag0

На инертных электродах будут протекать следующие процессы:

Kатод(–): Ag+  + 1= Ag0;
Анод(+): 2H2O – 4= O2↑ +4H+.  

Суммарное уравнение катодного и анодного процессов будет иметь вид:

4Ag+ + 2H2O = 4Ag + 4H+  + O2↑.

Молекулярное уравнение:

4AgNO3 + 2H2O = 4Ag + 4HNO3 + O2↑.

Итак, в ходе электролиза раствора нитрата серебра на инертных электродах будут выделяться серебро (на катоде) и кислород (на аноде). 
 

3. Запись схемы коррозионного гальванического элемента и уравнения электродных реакций, если луженое (покрытое оловом) железо находится в кислой среде Н2SO4 при частичном нарушении целостности покрытия

Олово имеет менее отрицательный стандартный электродный потенциал (-0,14 В), чем железо (-0,44 В), поэтому оно является катодом, железо – анодом.

При контакте олова и железа в кислой среде при частичном нарушении целостности покрытия электрохимическая коррозия протекает с водородной деполяризацией, т.е. на катоде выделяется водород: 2H+ + 2= H2↑.

В этом случае железо, как более активный метал, чем олово будет анодом на которм потекает процесс: Fe – 2= Fe2+. 
Таким образом, при повреждении целостности покрытия луженного железа в кислой среде будет протекать процесс:

А (анод) (-): Fe – 2  =  Fe2+ – окисление;
К (катод) (+):2H+ + 2= H2↑ — восстановление.

Ионно-молекулярная форма процесса:

Таким образом, при контакте луженного железа с серной кислотой в месте его повреждения будет наблюдаться выделение пузырьков газообразного водорода в области катода (2H+ + 2  =  H2↑), а в области анода – ионы железа (Fe – 2= Fe2+) и сульфат-ионы (SO42-), которые образуются при диссоциации серной кислоты (H2SO4 = 2H+ + SO42-).

4. Расчет массы кислородной свечи, необходимый для повышения концентрации кислорода в каюте подводной лодки с 15 до 21%

М(NaClO3) = 106,44 г/моль;М(Na2O2) = 77,98 г/моль.

Объём помещения равен 24м3 (12 м2 . 2 м = 24 м3).

Определим объем кислорода, требуемый для повышения концентрации его в каюте с 15 до 21%, получим:

Для получения кислорода в автономных условиях можно использовать пероксидные соединения щелочных металлов (Na2O и Na2O2), а также хлорат натрия NaClO3. При пропускании через них обогащённого углекислым газом воздуха, происходит поглощение углекислого газа и выделение кислорода.

Уравнения химических реакций имеют вид:

2NaClO3 = 2NaCl + 3O2;2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2;

Na2O + СО2 = Na2CO3.

Из уравнений реакций вытекает, что на выделение 3 моль кислорода затрачивается 2 моль хлората натрия, а 2 моль пероксида натрия 1 моль кислорода. Оксид натрия в образовании кислорода не участвует, потому что он поглощает углекислый газ. Таким образом, 1,5n(NaClO3) = n(O2); 0,5n(Na2O2) = n2(O2).

В 100 г свечи содержится 90 г NaClO3, 3 г Na2O2. Отсюда рассчитаем количество NaClO3 и Na2O2 в 100 г кислородной свечи, получим:

n(NaClO3) = m(NaClO3)/M(NaClO3) = 90/106,44 = 0,8455 моль;
n(Na2O2) = m(Na2O2)/M(Na2O2) = 3/77,98 = 0,0385 моль.

Рассчитаем объем кислорода, который выделяется при сжигании 100 г кислородной свечи.

Общее количество кислорода, выделяемого 100 г кислородной свечой рассчитаем:

nобщ.(O2) = 1,5n(NaClO3) + 0,5n(Na2O2) = (1,5 . 0,8455) + (0,5 . 0,0385) = 1,26825 + 0,01925 = 1,2875 моль.

Тогда

V(O2) = nобщ.(O2) . Vm = 1,2875 . 22,4 = 28,84 л. 

Таким образом, при сжигании 100 г кислородной свечи образуется 28,84 л кислорода. 

Необходимую массу кислородной свечи рассчитаем из пропорции:

28,84 л кислорода : 100 г свечи = 1440 л кислорода : х г свечи

Отсюда

х = (1440 . 100)/28,84 = 4993 г = 4,993 кг = 5 кг.

Ответ: требуется примерно 5 кг кислородной свечи для обеспечения помещения на подводной лодке необходимым кислородом.

Источник:

Схемотехника: Знаем ли мы, что такое АНОД? и что такое КАТОД?

Данная статья родилась как разбор статьи: «Б.Г.Хасапова — Знаем ли мы, что такое АНОД?»
«Автор статьи больше всего боится, что неискушённый читатель далее заголовка читать не станет.

Многие считают, что определение терминов анод и катод известно каждому грамотному человеку… Но не так много можно найти вещей страшнее полузнания. (примечание: это и называется „ложью“ — поверхностные и искажённые знания) Ошибкам в применении терминов АНОД и КАТОД нет числа…

»
«Катод – отрицательный электрод, анод – положительный»? Нет, ложь!

«ГОСТ 15596-82. ИСТОЧНИКИ ТОКА ХИМИЧЕСКИЕ.

Термины и определения» на странице 3 даёт точное определение: «Отрицательный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является анодом» [через него в источник электрический ток входит из внешней цепи].

То же самое, «Положительный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является катодом» [через него из источника электрический ток выходит во внешнюю цепь].

Сами термины ввёл М.Фарадей (в январе 1834г.

, «во избежание неясности и неопределенности, а также ради большей точности»): «Поверхности, у которых электрический ток входит в вещество и из него выходит, являются весьма важными местами действия и их необходимо отличать от полюсов… Если бы электрический ток шел вдоль экватора по направлению кажущегося движения солнца: назвать ту поверхность, которая направлена на восток – анодом, а ту, которая направлена на запад – катодом.» Примерное толкование: «анод – ВОСХОД, путь солнца вверх — ток входит», «катод – ЗАХОД, путь солнца вниз — ток выходит»… С направлением тока эти термины связаны весьма опосредованно, поэтому запоминать лучше ГОСТовское определение или следующие:

В радиолампе/диоде (потребителе электроэнергии) в ПРЯМОМ ВКЛЮЧЕНИИ («в открытом состоянии»): в Анод — [из внешней цепи, в элемент] входит электрический ток. (Не путать с направлением электронов!) Катод — соответственно, электрод из которого выходит электрический ток [во внешнюю цепь, из элемента].

Однако, замечание: При ОБРАТНОМ ВКЛЮЧЕНИИ (когда «вентиль закрывается») — полупроводниковые диоды практически не проводят электрический ток («обратный пробой» не считаем), а электровакуумные диоды (радиолампы, кенотроны) вообще не проводят обратный ток. В виду этого, условно принято считать, что обратный ток через диоды не идёт. (Но в этом случае, у выводов диода [формально] отсутствуют функции «катод» и «анод»!)

Поэтому для ясности решили: у диодных элементов (в отличие от аккумуляторов) названия выводов «катод» и «анод» — не меняются от схемы включения, и жёстко привязаны к физическим выводам (электродам) прибора, в зависимости от внутреннего строения прибора (в полупроводниковых диодах — в привязке к типам проводимости кристаллов; в электронных лампах — в привязке к электроду эмитирующему электроны, где находится нить накала).
Впрочем, через полупроводниковые приборы (разновидности диода) «стабилитрон» и «супрессор» — обратный ток даже течёт «немножко», но это уже другая история, не меняющая существующего порядка наименований и определений…

Электрический аккумулятор является классическим примером возобновляемого химического источника электрического тока. Он может быть в двух режимах – зарядки и разрядки. Направление электрического тока в этих разных случаях будет в самом аккумуляторе прямо противоположным, хотя полярность электродов не меняется. В зависимости от этого назначение электродов будет разным:

  • При зарядке — положительный электрод будет принимать электрический ток (Анод), а отрицательный отпускать (Катод).
  • При разрядке – наоборот, положительный электрод будет отпускать электрический ток (Катод), а отрицательный принимать (Анод).
  • При отсутствии движения электрического тока — разговоры об аноде и катоде бессмысленны.

Далее, рассмотрим другую отрасль:

В электрохимии пользуются другими определениями, более понятными читателю и специалисту: “анод – это электрод, где протекают окислительные процессы“, а “катод – это электрод, где протекают восстановительные процессы“.

Но в этой терминологии нет места электронным приборам и схемотехнике — поэтому трудно сказать, как тут течёт ток?

Определение:

В химических окислительно-восстановительных реакциях:

  • Процесс отдачи электронов частицей — называется «окислением» (при этом: нейтральная частица превращается в положительный ион [металлы], а отрицательный ион — нейтрализуется).
  • Процесс принятия электронов частицей — называется «восстановлением» (при этом: положительный ион нейтрализуется [металлы], а нейтральная частица превращается в отрицательный ион).
  • Частицы, отдающие электроны, называются «восстановители», они окисляются. Частицы, принимающие электроны, называются «окислителями», они восстанавливаются.
  • В химических окислительно-восстановительных реакциях «окисление» и «восстановление» взаимосвязаны (общее число электронов отдаваемых всеми восстановителями равно общему числу электронов, присоединяемых всеми окислителями).

(Здесь: Частица = атом, молекула или ион. Ион = не нейтральная частица.)

Определение:

Заряд иона кратен заряду электрона. Понятия и термины «ион», «катион», «аонион» — также ввёл М.Фарадей (в 1834 году):

  • Катионы — положительно заряженные ионы, движущиеся в растворе электролита к отрицательному полюсу (катоду).
  • Анионы — отрицательно заряженные ионы, движущиеся в растворе электролита к положительному полюсу (аноду).

Определение:

Электрохимические процессы — это окислительно-восстановительные реакции, которые сопровождаются возникновением электрического тока или вызываются электрическим током. Выделяют две группы электрохимических процессов:

  1. процессы превращения электрической энергии в химическую (электролиз);
  2. процессы превращения химической энергии в электрическую (гальванические элементы).

Источник: https://elektriki23.ru/drugoe/chto-takoe-anod-i-katod-prostoe-obyasnenie.html

Анод и катод: что это такое, плюс или минус, определяем полярность

Что такое анод и катод — простое объяснение

Часто возникает проблема определения, какой из электродов является катодом, а какой — анодом. Для начала нужно разобраться с терминами.

Понятие катода и анода — простое объяснение

В сложных веществах электроны между атомами в соединениях распределены неодинаково. В результате взаимодействия частицы перемещаются от атома одного вещества к атому другого. Реакция именуется окислительно-восстановительной. Потеря электронов называется окислением, элемент, отдающий электроны — восстановителем.

Присоединение электронов носит название восстановление, принимающий элемент в этом процессе — окислитель. Переход электронов от восстановителя к окислителю может протекать по внешней цепи, и тогда его можно использовать в качестве источника электрической энергии. Устройства, в которых энергия химической реакции превращается в электрическую энергию, называются гальваническими элементами.

Простейший классический пример гальванического элемента — две пластины, изготовленные из различного металла и погруженные в раствор электролита. В такой системе окисление происходит на одном металле, а восстановление — на другом.

ВАЖНО! Электрод, на котором протекает окисление, называется анодом. Электрод, на котором протекает восстановление — катодом.

Из школьных учебников химии известен пример медно-цинкового гальванического элемента, работающего за счет энергии реакции между цинком и сульфатом меди.

В устройстве Якоби — Даниэля пластина из меди помещена в раствор сульфата меди (медный электрод), цинковая пластина погружена в раствор сульфата цинка (цинковый электрод).

Цинковый электрод отдает катионы в раствор, создавая в нем избыточный положительный заряд, а у медного электрода раствор обедняется катионами, здесь раствор заряжен отрицательно.

Замыкание внешней цепи заставляет электроны перетекать от цинкового электрода к медному. Равновесные отношения на границах фаз прерываются. Идёт окислительно-восстановительная реакция.

Энергия самопроизвольно протекающей химической реакции превращается в электрическую.

Если химическую реакцию провоцирует внешняя энергия электрического тока, идёт процесс, называемый электролизом. Процессы, протекающие при электролизе, обратны процессам, протекающим при работе гальванического элемента.

ВНИМАНИЕ! Электрод, на котором происходит восстановление, также называется катодом, но при электролизе он заряжен отрицательно, а анод &#8211, положительно.

Применение в электрохимии

Аноды и катоды принимают участие во многих химических реакциях:

  • Электролиз,
  • Электроэкстракция,
  • Гальваностегия,
  • Гальванопластика.

Электролизом расплавленных соединений и водных растворов получают металлы, производят очистку металлов от примесей и извлечение ценных компонентов (электролитическое рафинирование). Из металла, подлежащего очистке, отливают пластины. Они помещаются в качестве анодов в электролизер. Под воздействием электрического тока металл подвергается растворению.

Его катионы переходят в раствор и разряжаются на катоде, образуя осадок чистого металла. Примеси, содержащиеся в первоначальной неочищенной металлической пластине, либо остаются нерастворимыми в виде анодного шлама, либо переходят в электролите, откуда удаляются. Электролитическому рафинированию подвергают медь, никель, свинец, золото, серебро, олово.

Электроэкстракция &#8211, процесс выделения металла из раствора в ходе электролиза. Для того чтобы металл перешёл в раствор, его обрабатывают специальными реагентами. В ходе процесса на катоде происходит выделение металла, характеризующегося высокой чистотой. Так получают цинк, медь, кадмий.

Чтобы избежать коррозии, придать прочность, украсить изделие поверхность одного металла покрывают слоем другого. Этот процесс называется гальваностегией.

Гальванопластика &#8211, процесс получения металлических копий с объёмных предметов электроосаждением металла.

Применение в вакуумных электронных приборах

Принцип действия катода и анода в вакуумном приборе может продемонстрировать электронная лампа. Она выглядит как герметически запаянный сосуд с металлическими деталями внутри. Прибор используется для выпрямления, генерирования и преобразования электрических сигналов. По числу электродов выделяют:

  • диоды,
  • триоды,
  • тетроды,
  • пентоды и т.д.

Диод — вакуумный прибор с двумя электродами, катодом и анодом. Катод подключен к отрицательному полюсу источника питания, анод — к положительному. Предназначение катода — испускать электроны под действием нагрева электрическим током до определенной температуры.

Посредством испущенных электронов создается пространственный заряд между катодом и анодом. Самые быстрые электроны устремляются к аноду, преодолевая отрицательный потенциальный барьер объемного заряда. Анод принимает эти частицы. Создается анодный ток во внешней цепи.

Электронным потоком управляют с помощью дополнительных электродов, подавая на них электрический потенциал. Посредством диодов переменный ток преобразуется в постоянный.

Применение в электронике

Сегодня используется полупроводниковые типы диодов.

В электронике широко используется свойство диодов пропускать ток в прямом направлении и не пропускать в обратном.

Работа светодиода основана на свойстве кристаллов полупроводников светиться при пропускании через p-n переход тока в прямом направлении.

Гальванические источники постоянного тока — аккумуляторы

Химические источники электрического тока, в которых протекают обратимые реакции, называются аккумуляторами: их перезаряжают и используют многократно.

При работе свинцового аккумулятора происходит окислительно-восстановительная реакция. Металлический свинец окисляется, отдает свои электроны, восстанавливая диоксид свинца, принимающего электроны. Металлический свинец в аккумуляторе — анод, он заряжен отрицательно. Диоксид свинца — катод и заряжен положительно.

По мере разряда аккумулятора расходуются вещества катода и анода и их электролита, серной кислоты. Чтобы зарядить аккумулятор, его подключают к источнику тока (плюсом к плюсу, минусом к минусу). Направление тока теперь обратное тому, какое было при разряде аккумулятора.

Электрохимические процессы на электродах «обращаются». Теперь свинцовый электрод становится катодом, на нем проходит процесс восстановления, а диоксид свинца — анодом, с протекающей процедурой окисления. В аккумуляторе вновь создаются вещества, необходимые для его работы.

Почему существует путаница?

Проблема возникает из-за того, что определенный знак заряда не может быть прочно закреплен за анодом или катодом. Часто катодом является положительно заряженный электрод, а анодом — отрицательный. Часто, но не всегда. Все зависит от процесса, протекающего на электроде.

ВНИМАНИЕ! Деталь, которую поместили в электролит, может быть и анодом и катодом. Все зависит от цели процесса: нужно нанести на нее другой слой металла или снять его.

Как определить анод и катод

В электрохимии анод — это электрод, на котором идут процессы окисления, катод — это электрод, где происходит восстановление.

У диода отводы называются анод и катод. Ток будет идти через диод, если отвод анод подключить к «плюсу», отвод «катод» — к «минусу».

У нового светодиода с необрезанными контактами анод и катод определяются визуально по длине. Катод короче.

Если контакты обрезаны, поможет батарейка, приложенная к ним. Свет появится, когда полярности совпадут.

Что такое анод и катод — простое объяснение

Что такое анод и катод — простое объяснение
Среди терминов в электрике встречаются такие понятия как анод и катод. Это касается источников питания, гальваники, химии и физики. Термин встречается также в вакуумной и полупроводниковой электронике.

Им обозначают выводы или контакты устройств и каким электрическим знаком они обладают.

В этой статье мы расскажем, что это такое анод и катод, а также как определить где они находятся в электролизере, диоде и у батарейки, что из них плюс, а что минус.

Электрохимия и гальваника

В электрохимии есть два основных раздела:

  1. Гальванические элементы – производство электричества за счет химической реакции. К таким элементам относятся батарейки и аккумуляторы. Их часто называют химическими источниками тока.
  2. Электролиз – воздействие на химическую реакцию электроэнергией, простыми словами – с помощью источника питания запускается какая-то реакция.

Рассмотрим окислительно-восстановительную реакцию в гальваническом элементе, тогда какие процессы протекают на его электродах?

  • Анод – электрод на котором наблюдается окислительная реакция, то есть он отдаёт электроны. Электрод, на котором происходит окислительная реакция – называется восстановителем.
  • Катод – электрод на котором протекает восстановительная реакция, то есть он принимает электроны. Электрод, на котором происходит восстановительная реакция – называется окислителем.

Отсюда возникает вопрос – где плюс, а где минус у батарейки? Исходя из определения, у гальванического элемента анод отдаёт электроны.

Важно! В ГОСТ 15596-82 дано официальное определение названий выводов химических источников тока, если кратко, то плюс на катоде, а минус на аноде.

В данном случае рассматривается протекание электрического тока по проводнику внешней цепи от окислителя (катода) к восстановителю (аноду). Так как электроны в цепи текут от минуса к плюсу, а электрический ток наоборот, тогда катод – это плюс, а анод – это минус.

Внимание: ток всегда втекает в анод!

Или то же самое на схеме:

Процесс электролиза или зарядки аккумулятора

Эти процессы похожи и обратны гальваническому элементу, поскольку здесь не энергия поступает за счет химической реакции, а наоборот – химическая реакция происходит за счет внешнего источника электричества.

В этом случае плюс источника питания всё также называется катодом, а минус анодом. Зато контакты заряжаемого гальванического элемента или электроды электролизера уже будут носить противоположные названия, давайте разберемся почему!

Важно! При разряде гальванического элемента анод – минус, катод – плюс, при зарядке наоборот.

Так как ток от плюсового вывода источника питания поступает на плюсовой вывод аккумулятора – последний уже не может быть катодом. Ссылаясь на вышесказанное можно сделать вывод, что в этом случае электроды аккумулятора при зарядке условно меняются местами.

Тогда через электрод заряжаемого гальванического элемента, в который втекает электрический ток, называют анодом. Получается, что при зарядке у аккумулятора плюс становится анодом, а минус катодом.

Гальванотехника

Процессы осаждения металлов в результате химической реакции под воздействием электрического тока (при электролизе) называют гальванотехникой.

Таким образом мир получил посеребренные, золоченные, хромированные или покрытые другими металлами украшения и детали.

Этот процесс используют как в декоративных, так и в прикладных целях – для улучшения стойкости к коррозии различных узлов и агрегатов механизмов.

Принцип действия установок для нанесения гальванического покрытия лежит в использовании растворов солей элементов, которыми будут покрывать деталь, в качестве электролита.

В гальванике анод также является электродом, к которому подключаются плюсовой вывод источника питания, соответственно катод в этом случае – это минус.

При этом металл осаждается (восстанавливается) на минусовом электроде (реакция восстановления).

То есть если вы хотите сделать позолоченное кольцо своими руками – подключите к нему минусовой вывод блока питания и поместите в ёмкость с соответствующим раствором.

В электронике

Электроды или ножки полупроводниковых и вакуумных электронных приборов тоже часто называют анодом и катодом. Рассмотрим условное графическое обозначение полупроводникового диода на схеме:

Как мы видим, анод у диода подключается к плюсу батареи. Он так называется по той же причине – в этот вывод у диода в любом случае втекает ток. На реальном элементе на катоде есть маркировка в виде полосы или точки.

У светодиода аналогично. На 5 мм светодиодах внутренности видны через колбу. Та половина, что больше — это катод.

Также обстоит ситуация и с тиристором, назначение выводов и «однополярное» применение этих трёхногих компонентов делают его управляемым диодом:

У вакуумного диода анод тоже подключается к плюсу, а катод к минусу, что изображено на схеме ниже. Хотя при приложении обратного напряжения – названия этих элементов не изменятся, несмотря на протекание электрического тока в обратном направлении, пусть и незначительного.

С пассивными элементами, такими как конденсаторы и резисторы дело обстоит иначе. У резистора не выделяют отдельно катод и анод, ток в нём может протекать в любом направлении.

Вы можете дать любые названия его выводам, в зависимости от ситуации и рассматриваемой схемы. У обычных неполярных конденсаторов также.

Реже такое разделение по названиям контактов наблюдается в электролитических конденсаторах.

Заключение

Итак, подведем итоги, ответив на вопрос: как запомнить где плюс, где минус у катода с анодом? Есть удобное мнемоническое правило для электролиза, заряда аккумуляторов, гальваники и полупроводниковых приборов. У этих слов с аналогичными названиями одинаковое количество букв, что проиллюстрировано ниже:

Во всех перечисленных случаях ток вытекает из катода, а втекает в анод.

Пусть вас не собьёт с толку путаница: «почему у аккумулятора катод положительный, а когда его заряжают – он становится отрицательным?».

Помните у всех элементов электроники, а также электролизеров и в гальванике – в общем у всех потребителей энергии анодом называют вывод, подключаемый к плюсу.

На этом отличия заканчиваются, теперь вам проще разобраться что плюс, что минус между выводами элементов и устройств.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

Теперь вы знаете, что такое анод и катод, а также как запомнить их достаточно быстро. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Материалы по теме:

Источник: https://samelectrik.ru/chto-takoe-anod-i-katod.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.