Что такое анод и катод — простое объяснение
Iddc.ru

Все об электрике

Что такое анод и катод — простое объяснение

Что такое анод и катод — простое объяснение

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!

Что такое анод и катод: объясняю простыми словами

Для корректной работы полупроводниковых приборов, работающих в цепях с постоянным током, электроды радиоэлементов необходимо подключать с учетом их полярности. Неправильное подключение может привести к выходу из строя радиоэлемента либо к отказу в работе электронного прибора. С целью избегания ошибок электроды таких деталей получили специальное название – анод и катод.

Часто эти электроды обозначаются на схемах соответствующими символами «+» или «–», либо определяются по схематическому изображению радиоэлемента. На корпусах деталей иногда проставляется точка или другая метка, позволяющая определить направление тока на конкретном электроде. Иногда полярность выводов приходится определять по специальным таблицам или с помощью измерительного прибора.

Понятие анода и катода

Для лучшего понимания терминов дадим определения этих понятий.

Под данным термином будем подразумевать электрод, по которому электрический ток втекает в разглядываемый прибор. При этом подразумевается, что электрический ток образуется потоком положительных зарядов. В действительности, по металлическим проводникам перемещаются электроны (носители отрицательных зарядов), которые движутся в сторону положительного полюса источника электрического тока.

Проще говоря, положительным электродом будем считать анод, а отрицательным электродом – катод. При подключении радиоэлементов следует соблюдать их полярность, руководствуясь обозначениями на схемах.

Катод

Это электрод, по которому электрический ток вытекает с прибора (подразумевается конвенциальное понимание тока, в виде потока положительных зарядов). Таким образом, если к аноду подключается провод с положительным потенциалом, то к катоду – клеммы с отрицательными потенциалами.

Вышеуказанные термины применяются по отношению к гальваническим элементам. В гальванике анод – это электрод, на поверхности которого проходит реакция окисления металла. Названия электродов встречаются:

  • в химии;
  • физике;
  • электротехнике;
  • радиоэлектронике.

При монтаже радиодеталей очень важно не перепутать электроды. Для этого необходимо знать, как определить их назначение.

Как определить, где анод, а где катод?

При определении катода и анода необходимо в первую очередь ориентироваться на направление тока, а не на полярность источника питания. Несмотря на то, что эти понятия тесно связаны с полярностью тока, они больше обусловлены направлениями векторов электричества.

Например, в аккумуляторах, при перезарядке, происходит изменение ролей катода и анода. Это связано с тем, что во время зарядки изменяется направление электрического тока. Электрод, выполнявший роль электрода при работе аккумулятора в режиме источника питания во время зарядки выполняет функции катода и наоборот – катод превращается в анод.

На рис. 1, изображено процесс электролиза, при котором происходит перемещение анионов (отрицательных ионов) и катионов (положительных ионов). Анионы устремляются к аноду, а положительные катионы – в сторону катода.

Рис. 1. Электролиз

При электролизе перемещаются носители зарядов разных знаков, однако, по определению, анодом является тот электрод, в который втекает ток. На рисунке анод подсоединён к положительному полюсу источника тока, а значит, ток условно втекает в этот электрод.

Обратите внимание на рисунок 2, где изображена схема гальванического элемента.

Рис. 2. Гальванический элемент

Плюсовой вывод источника тока является катодом, а не анодом, как можно было бы ожидать. При внимательном изучении принципа работы гальванического элемента можно понять, почему анод является отрицательным полюсом.

Обратите внимание на рисунок строения гальванического источника тока. Стрелки (вверху) указывают направление движения электронов, однако направлением тока условно принято считать перемещение от плюса к минусу. То есть, при замыкании цепи, ток входит именно в отрицательный полюс, который и является анодом, на котором происходит реакция окисления. Иначе говоря, ток от положительного электрода через нагрузку попадает на анод, являющийся отрицательным полюсом гальванического элемента. При вдумчивом подходе все стает на свои места.

Читать еще:  В чем заключается закон сохранения заряда

При определении позиций анода и катода в радиоэлектронных элементах пользуются справочными материалами.

На назначение электродов указывает:

  • форма корпуса (рис. 3);
  • длина выводов (для светодиодов) (рис. 4);
  • метки на корпусах приборов или знака анода;
  • различная толщина выводов диода.

Рис. 3. Диод Рис. 4. Электроды светодиода

Определение назначений выводов у полупроводниковых диодов можно определить с помощью измерительных приборов. Например, все типы диодов (кроме стабилитронов) проводят ток только в одном направлении. Если вы подключили тестер или омметр к диоду, и он показал незначительное сопротивление, то к положительному щупу прибора подключен анод, а к отрицательному – катод.

Если известен тип проводимости транзистора, то с помощью того же тестера можно определить выводы эмиттера и коллектора. Между ними сопротивление бесконечно велико (тока нет), а между базой и каждым из них проводимость будет (только в одну сторону, как у диода). Зная тип проводимости, по аналогии с диодом, можно определить: где анод, а где катод, а значит определить выводы коллектора или эмиттера (см. рис. 5).

Рис. 5. Транзистор на схемах и его электроды

Что касается вакуумных диодов, то их невозможно проверить путем измерения обычными приборами. Поэтому их выводы расположены таким образом, чтобы исключить ошибки при подключении. В электронных лампах выводы точно совпадают с расположением контактов гнезда, предназначенного для этого радиоэлемента.

Анод и катод: где плюс, а где минус?

Из сказанного выше следует, что ток всегда течет в направлении от анода к катоду. Вывод один – на анод поступает плюс, а катод подсоединяется к минусу. Придерживаясь этого правила можно безошибочно определить, где плюс, а где минус.

Вот так можно запомнить:)

В гальванотехнике на катоде происходит реакция восстановления. То есть положительные ионы из раствора оседают на катоде. По этому признаку определяем знак минус.

Как определить катод и анод радиодеталей мы рассмотрели выше. Если есть схема устройства то по ней довольно легко можно указать направление тока, и, соответственно, назначение электродов. При отсутствии схемы пользуйтесь признаками и метками на корпусах деталей.

Примечание: по отношению к стабилитрону некорректно применять термин катод и анод, так как он проводит ток в разных направлениях.

Отдельно заострю ваше внимание на элементах питания. Обычно «+» указывается на гальванических устройствах, а на аккумуляторах часто маркируются обе клеммы. В аккумуляторах автомобильного типа плюсовую клемму делают толще. По этому признаку также можно определить полярность полюсов.

В качестве выводов см. рисунок 6.

Рис. 6. Выводы

Цифрами обозначено:

  • 1– анод;
  • 2 – электролит;
  • 3 – катод;
  • 4 – источник тока.

Применение

Электроды в качестве анода и катода наиболее часто применяются:

  • в электрохимии;
  • вакуумных электронных приборах;
  • полупроводниковых элементах.

Рассмотрим в общих чертах сферы применения анодов и катодов.

В электрохимии

В данной сфере анод и катод являются ключевыми понятиями, в процессе прохождения электрохимических реакций, используемых в основном для восстановления металлов. Такие реакции называют электролизом. Использование процессов электролиза позволяет получать чистые металлы, так как на катоде образуются атомы только того металла, положительные ионы которого содержатся в растворе электролита.

Методом электролиза наносят очень тонкое цинковое покрытие стальных листов и деталей любой конфигурации. Гальваническое покрытие эффективно защищает металл от коррозии.

В вакуумных электронных приборах

Примером вакуумных приборов служат радиоэлектронные лампы, электронно-лучевые трубки, кинескопы телевизоров. Они работают по одному и тому же принципу: Разогретый катод испускает электроны, которые устремляются к аноду с высоким положительным электрическим потенциалом.

Образование электронов на раскаленном электроде называется термоэмиссией, а электрический ток, возникающий между катодом и анодом, называется термоэмиссионным. Ценность таких приборов в том, что они проводят ток только в одном направлении – от катода к аноду.

Добавление сетки между электродами позволяет регулировать параметры тока в широких пределах, путем изменения напряжения на сетке. Такие вакуумные лампы используются в качестве усилителей сигналов. В данное время вакуумные приборы используются довольно редко, так как их с успехом заменяют миниатюрные полупроводниковые диоды и транзисторы, часто выполненные на монокристалле в виде микросхемы.

В полупроводниковых приборах

Электронные детали на основе полупроводников ценятся малым потреблением тока и небольшими размерами. Они почти вытеснили вакуумные лампы из употребления. Выводы полупроводниковых приборов традиционно называют анодами и катодами.

При всех плюсах полупроводников, у этих приборов есть недостаток – они «шумят». В усилителях большой мощности эти шумы становятся заметными. В качественной усилительной аппаратуре по-прежнему применяются вакуумные лампы.

Электронно-лучевые кинескопы в современных телевизорах вытесняются экранами с LED подсветкой. Они более экономичны, отлично передают цветовую палитру, позволяют сделать приемник почти плоским.

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. »

В электронике

«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.

Как заметил TheLongRunSmoke : «В случае с кенотроном, включив его в обратном направлении — физический смысл электродов изменится, но наименование электродов не изменится.»

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.

В электрохимии

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).
Читать еще:  Солнечные батареи своими руками

(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).

В электрохимических процессах окислительная и восстановительная полуреакции пространственно разделены, а электроны переходят от «восстановителя» к «окислителю» не непосредственно, а по проводнику внешней цепи, создавая электрический ток (здесь наблюдается взаимное превращение химической и электрической форм энергии).
Простейшая электрохимическая система состоит из двух электродов – проводников первого рода с электронной проводимостью, находящихся в контакте с жидким (раствор, расплав) или твердым электролитом — ионным проводником второго рода. Электроды замыкаются металлическим проводником, образующим внешнюю цепь электрохимической системы.

Итак: что есть Катод? что есть Анод?

Данное определение ЗАВИСИТ от причины, инициирующей электрический ток:

* В гальванических элементах — разность потенциалов между электродами (по определению ГОСТ 15596-82: ‘+’ на Катоде, ‘-‘ на Аноде) возникает ВНУТРИ самого элемента, из-за химических процессов между электролитом и электродами (элемент является ГЕНЕРАТОРОМ) — источник энергии во внешней цепи не требуется, электрический ток и так потечёт во внешнюю цепь из элемента (через его катод).

* А при электролизе/легировании/зарядке аккумулятора, когда происходящие в электролите химические реакции требуют поглощения внешней энергии (элемент является ПОТРЕБИТЕЛЕМ) — требуется внешний источник электрического тока, включённый в разрыв проводника внешней цепи — он будет ИЗВНЕ создавать разность потенциалов между электродами, и ИЗВНЕ вкачивать ток в элемент (через его анод). С этой точки зрения, как для всех потребителей энергии в электрической цепи, как и для обычного диода: электрод, в который входит ток, называется анод — на нём ИЗВНЕ поддерживается больший потенциал ‘+’. А на Катоде, соответственно, ИЗВНЕ поддерживается меньший потенциал ‘-‘.
Хотя тут есть маленькая путаница, требуется важное замечание: по определению электрохимии, и в этом случае, на аноде всё равно будут протекать «окислительные процессы», а на катоде – «восстановительные процессы». Тип химических реакций на Аноде и Катоде остался прежний, хотя анод и катод сменили знаки! Как так?
На самом деле, не Анод и Катод сменили знаки, а это физические электроды, сохранив знаки полярности, сменили роль и название: тот электрод, что в гальваническом источнике испускал ток и назывался Катодом -> теперь называется Анод; а вместо Анода -> Катод. Это потому что теперь электрический ток толкается ИЗВНЕ, причём в обратную сторону — направление тока изменилось, соответственно, и физические электроды сменили название. Например: ‘-‘ электрод, который в гальваническом элементе (при разряде) «окислялся» — в режиме потребителя тока (при заряде) «восстанавливается» — на этом принципе работает зарядка аккумулятора.

Пример

Пример: Опущенная в электролит для никелирования («восстановления») или для электрохимического полирования («окисления») — деталь может быть и катодом и анодом — в зависимости от того наносится на нее другой слой [положительных ионов] металла или снимается. Требуется внешний источник питания…

Пояснение: при никелировании, на детали-электроде необходимо поддерживать отрицательный заряд, чтобы из раствора электролита на неё притягивались и осаждались («восстанавливались») положительные ионы металла — ток из такого электрода должен выходить во внешнюю цепь (а электроны, соответственно, поступать из внешней цепи) — это катод.

Что такое анод и катод?

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 — 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 — 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 — 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:

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.

Читать еще:  Как построить навес для машины своими руками

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.

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. »

В электронике

«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.

Как заметил TheLongRunSmoke : «В случае с кенотроном, включив его в обратном направлении — физический смысл электродов изменится, но наименование электродов не изменится.»

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.

В электрохимии

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).

В электрохимических процессах окислительная и восстановительная полуреакции пространственно разделены, а электроны переходят от «восстановителя» к «окислителю» не непосредственно, а по проводнику внешней цепи, создавая электрический ток (здесь наблюдается взаимное превращение химической и электрической форм энергии).
Простейшая электрохимическая система состоит из двух электродов – проводников первого рода с электронной проводимостью, находящихся в контакте с жидким (раствор, расплав) или твердым электролитом — ионным проводником второго рода. Электроды замыкаются металлическим проводником, образующим внешнюю цепь электрохимической системы.

Итак: что есть Катод? что есть Анод?

Данное определение ЗАВИСИТ от причины, инициирующей электрический ток:

* В гальванических элементах — разность потенциалов между электродами (по определению ГОСТ 15596-82: ‘+’ на Катоде, ‘-‘ на Аноде) возникает ВНУТРИ самого элемента, из-за химических процессов между электролитом и электродами (элемент является ГЕНЕРАТОРОМ) — источник энергии во внешней цепи не требуется, электрический ток и так потечёт во внешнюю цепь из элемента (через его катод).

* А при электролизе/легировании/зарядке аккумулятора, когда происходящие в электролите химические реакции требуют поглощения внешней энергии (элемент является ПОТРЕБИТЕЛЕМ) — требуется внешний источник электрического тока, включённый в разрыв проводника внешней цепи — он будет ИЗВНЕ создавать разность потенциалов между электродами, и ИЗВНЕ вкачивать ток в элемент (через его анод). С этой точки зрения, как для всех потребителей энергии в электрической цепи, как и для обычного диода: электрод, в который входит ток, называется анод — на нём ИЗВНЕ поддерживается больший потенциал ‘+’. А на Катоде, соответственно, ИЗВНЕ поддерживается меньший потенциал ‘-‘.
Хотя тут есть маленькая путаница, требуется важное замечание: по определению электрохимии, и в этом случае, на аноде всё равно будут протекать «окислительные процессы», а на катоде – «восстановительные процессы». Тип химических реакций на Аноде и Катоде остался прежний, хотя анод и катод сменили знаки! Как так?
На самом деле, не Анод и Катод сменили знаки, а это физические электроды, сохранив знаки полярности, сменили роль и название: тот электрод, что в гальваническом источнике испускал ток и назывался Катодом -> теперь называется Анод; а вместо Анода -> Катод. Это потому что теперь электрический ток толкается ИЗВНЕ, причём в обратную сторону — направление тока изменилось, соответственно, и физические электроды сменили название. Например: ‘-‘ электрод, который в гальваническом элементе (при разряде) «окислялся» — в режиме потребителя тока (при заряде) «восстанавливается» — на этом принципе работает зарядка аккумулятора.

Пример

Пример: Опущенная в электролит для никелирования («восстановления») или для электрохимического полирования («окисления») — деталь может быть и катодом и анодом — в зависимости от того наносится на нее другой слой [положительных ионов] металла или снимается. Требуется внешний источник питания…

Пояснение: при никелировании, на детали-электроде необходимо поддерживать отрицательный заряд, чтобы из раствора электролита на неё притягивались и осаждались («восстанавливались») положительные ионы металла — ток из такого электрода должен выходить во внешнюю цепь (а электроны, соответственно, поступать из внешней цепи) — это катод.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector