לעתים קרובות יש בעיה לקבוע איזו מהאלקטרודות היא הקתודה ואיזו האנודה. ראשית עליך להבין את המונחים.
תוֹכֶן
מושג הקתודה והאנודה - הסבר פשוט
בחומרים מורכבים, אלקטרונים מפוזרים בצורה לא אחידה בין אטומים בתרכובות. כתוצאה מהאינטראקציה, חלקיקים עוברים מאטום של חומר אחד לאטום של חומר אחר. התגובה נקראת חיזור. אובדן האלקטרונים נקרא חמצון, והיסוד שתורם אלקטרונים נקרא חומר מפחית.
הוספת אלקטרונים נקראת הפחתה, האלמנט הקולט בתהליך זה הוא הגורם המחמצן. העברת האלקטרונים מהחומר המצמצם לחומר המחמצן יכולה להתקדם דרך מעגל חיצוני, ואז הוא יכול לשמש כמקור לאנרגיה חשמלית.מכשירים שבהם האנרגיה של תגובה כימית מומרת לאנרגיה חשמלית נקראים תאים גלווניים.
הדוגמה הקלאסית הפשוטה ביותר לתא גלווני היא שתי לוחות העשויות ממתכות שונות וטבולות בתמיסת אלקטרוליט. במערכת כזו מתרחשת חמצון על מתכת אחת, והפחתה מתרחשת על מתכת אחרת.
חָשׁוּב! האלקטרודה שבה מתרחש החמצון נקראת האנודה. האלקטרודה עליה מתבצעת ההפחתה היא הקתודה.
מספרי הלימוד בכימיה של בית הספר ידועה דוגמה לתא גלווני נחושת-אבץ, הפועל בשל אנרגיית התגובה בין אבץ לסולפט נחושת. במכשיר יעקבי-דניאל מניחים פלטת נחושת בתמיסת נחושת סולפט (אלקטרודת נחושת), לוחית אבץ טובלת בתמיסת אבץ סולפט (אלקטרודת אבץ). אלקטרודת האבץ מוציאה קטיונים לתמיסה, ויוצרת בה עודף מטען חיובי, ובאלקטרודת הנחושת התמיסה מתרוקנת בקטיונים, כאן התמיסה טעונה שלילי.
סגירת המעגל החיצוני גורמת לזרימת אלקטרונים מאלקטרודת האבץ אל אלקטרודת הנחושת. יחסי שיווי משקל בגבולות השלב נקטעים. מתרחשת תגובת חמצון-הפחתה.
האנרגיה של תגובה כימית ספונטנית מומרת לאנרגיה חשמלית.
אם תגובה כימית מעוררת על ידי אנרגיה חיצונית של זרם חשמלי, מתרחש תהליך הנקרא אלקטרוליזה. התהליכים המתרחשים במהלך האלקטרוליזה הם ההיפך מהתהליכים המתרחשים במהלך פעולתו של תא גלווני.
תשומת הלב! האלקטרודה שבה מתרחשת ההפחתה נקראת גם קתודה, אך באלקטרוליזה היא טעונה שלילית, בעוד האנודה טעונה חיובית.
יישום באלקטרוכימיה
אנודות וקתודות לוקחות חלק בתגובות כימיות רבות:
- הַפרָדָה חַשְׁמָלִית;
- מיצוי אלקטרו;
- ציפוי אלקטרוני;
- אלקטרוטיפ.
מתכות מתקבלות על ידי אלקטרוליזה של תרכובות מותכות ותמיסות מימיות, מתכות מטוהרות מזיהומים ומופקים רכיבים יקרי ערך (זיקוק אלקטרוליטי). צלחות יצוקים מהמתכת לניקוי. הם ממוקמים כאנודות באלקטרוליזר. בהשפעת זרם חשמלי, המתכת עוברת פירוק. הקטיונים שלו נכנסים לתמיסה ונפרקים בקתודה ויוצרים משקע של מתכת טהורה. הזיהומים הכלולים בצלחת המתכת המקורית הלא מנוקה נשארים בלתי מסיסים כמו בוצת אנודה או עוברים אל האלקטרוליט שם הם מוסרים. נחושת, ניקל, עופרת, זהב, כסף, פח נתונים לזיקוק אלקטרוליטי.
מיצוי אלקטרו הוא תהליך של הפרדת מתכת מתמיסה במהלך אלקטרוליזה. על מנת שהמתכת תיכנס לתמיסה, היא מטופלת עם ריאגנטים מיוחדים. במהלך התהליך, מתכת בטוהר גבוה מושקעת בקתודה. כך מתקבל אבץ, נחושת, קדמיום.
כדי למנוע קורוזיה, לתת חוזק, לקשט את המוצר, פני השטח של מתכת אחת מכוסה בשכבה של אחרת. תהליך זה נקרא אלקטרוליטי.
ציפוי אלקטרו הוא תהליך של השגת עותקי מתכת מחפצים בתפזורת על ידי שיקוע אלקטרוקטיבי של מתכת.
יישום במכשירי ואקום אלקטרוניים
ניתן להדגים את עקרון הפעולה של הקתודה והאנודה במכשיר ואקום על ידי מנורת אלקטרונים.זה נראה כמו כלי סגור הרמטית עם חלקי מתכת בפנים. המכשיר משמש לתיקון, הפקה והמרת אותות חשמליים. על פי מספר האלקטרודות, ישנם:
- דיודות;
- טריודות;
- טטרודים;
- פנטודים וכו'.
דיודה היא מכשיר ואקום עם שתי אלקטרודות, קתודה ואנודה. הקתודה מחוברת לקוטב השלילי של מקור הכוח, האנודה - לחיובי. מטרת הקתודה היא פליטת אלקטרונים כאשר היא מחוממת באמצעות זרם חשמלי לטמפרטורה מסוימת. האלקטרונים הנפלטים יוצרים מטען חלל בין הקתודה לאנודה. האלקטרונים המהירים ביותר ממהרים לאנודה, מתגברים על מחסום הפוטנציאל השלילי של מטען החלל. האנודה קולטת את החלקיקים הללו. נוצר זרם אנודה במעגל החיצוני. הזרימה האלקטרונית נשלטת על ידי אלקטרודות נוספות על ידי הפעלת פוטנציאל חשמלי עליהן. באמצעות דיודות, זרם חילופין מומר לזרם ישר.
יישום באלקטרוניקה
כיום משתמשים בסוגי מוליכים למחצה של דיודות.
באלקטרוניקה, נעשה שימוש נרחב בתכונתן של דיודות להעביר זרם בכיוון קדימה ולא לעבור בכיוון ההפוך.
פעולת ה-LED מבוססת על התכונה של גבישים מוליכים למחצה להאיר כאשר מועבר זרם דרך צומת p-n בכיוון קדימה.
מקורות זרם ישר גלווני - סוללות
מקורות כימיים של זרם חשמלי שבהם מתרחשות תגובות הפיכות נקראים סוללות: הם נטענים מחדש ומשתמשים בהם שוב ושוב.
במהלך פעולת סוללת עופרת, מתרחשת תגובת חיזור.עופרת מתכתית מתחמצנת, תורמת את האלקטרונים שלה, מפחיתה את דו-תחמוצת העופרת, המקבלת אלקטרונים. מתכת העופרת בסוללה היא האנודה וטעונה שלילית. דו תחמוצת העופרת היא קתודה וטעונה חיובית.
כשהסוללה מתרוקנת, החומרים של הקתודה והאנודה והאלקטרוליט שלהם, חומצה גופרתית, נצרכים. כדי לטעון את הסוללה, היא מחוברת למקור זרם (פלוס לפלוס, מינוס למינוס). כיוון הזרם הוא כעת הפוך ממה שהיה כשהסוללה התרוקנה. תהליכים אלקטרוכימיים על האלקטרודות "הפוכים". כעת אלקטרודת העופרת הופכת לקתודה, תהליך ההפחתה מתרחש עליה, והדו-תחמוצת העופרת הופכת לאנודה, כאשר הליך החמצון מתבצע. הסוללה יוצרת מחדש את החומרים הדרושים לפעולתה.
למה יש בלבול?
הבעיה נובעת מהעובדה שלא ניתן לחבר סימן מטען מסוים לאנודה או לקתודה. לעתים קרובות הקתודה היא אלקטרודה בעלת מטען חיובי, והאנודה היא שלילית. לעתים קרובות, אבל לא תמיד. הכל תלוי בתהליך המתרחש על האלקטרודה.
תשומת הלב! החלק שמונח באלקטרוליט יכול להיות גם האנודה וגם הקתודה. הכל תלוי במטרת התהליך: צריך לשים עליה עוד שכבת מתכת או להסיר אותה.
כיצד לזהות את האנודה והקתודה
באלקטרוכימיה, האנודה היא האלקטרודה שבה מתרחשים תהליכי חמצון, הקתודה היא האלקטרודה שבה מתרחשת ההפחתה.
בדיודה, הברזים נקראים אנודה וקתודה. הזרם יזרום דרך הדיודה אם ברז האנודה מחובר לברז ה"פלוס", לברז ה"קתודה" - ל"מינוס".
עבור נורית LED חדשה עם מגעים לא חתוכים, האנודה והקתודה נקבעות חזותית לפי אורך. הקתודה קצרה יותר.
אם המגעים מנותקים, סוללה המחוברת אליהם תעזור. אור יופיע כאשר הקוטביות תואמות.
סימן אנודה וקתודה
באלקטרוכימיה נכון יותר לדבר לא על סימני המטענים של האלקטרודות, אלא על התהליכים שעוברים עליהן. תגובת ההפחתה מתרחשת בקתודה, ותגובת החמצון מתרחשת באנודה.
בהנדסת חשמל, עבור זרימת הזרם, הקתודה מחוברת לקוטב השלילי של מקור הזרם, האנודה לחיובי.
מאמרים דומים:
