Muitas vezes há um problema de determinar qual dos eletrodos é o cátodo e qual é o ânodo. Primeiro você precisa entender os termos.
O conceito de cátodo e ânodo - uma explicação simples
Em substâncias complexas, os elétrons são distribuídos de forma desigual entre os átomos nos compostos. Como resultado da interação, as partículas se movem de um átomo de uma substância para um átomo de outra. A reação é chamada redox. A perda de elétrons é chamada de oxidação, e o elemento que doa elétrons é chamado de agente redutor.
A adição de elétrons é chamada de redução, o elemento receptor neste processo é o agente oxidante. A transferência de elétrons do agente redutor para o agente oxidante pode ocorrer por meio de um circuito externo, podendo então ser utilizado como fonte de energia elétrica.Dispositivos nos quais a energia de uma reação química é convertida em energia elétrica são chamados de células galvânicas.
O exemplo clássico mais simples de uma célula galvânica são duas placas feitas de metais diferentes e imersas em uma solução eletrolítica. Nesse sistema, a oxidação ocorre em um metal e a redução ocorre em outro.
IMPORTANTE! O eletrodo no qual ocorre a oxidação é chamado de ânodo. O eletrodo no qual ocorre a redução é o cátodo.
Dos livros didáticos de química escolar, é conhecido um exemplo de célula galvânica de cobre-zinco, que funciona devido à energia da reação entre zinco e sulfato de cobre. No dispositivo Jacobi-Daniel, uma placa de cobre é colocada em uma solução de sulfato de cobre (eletrodo de cobre), uma placa de zinco é imersa em uma solução de sulfato de zinco (eletrodo de zinco). O eletrodo de zinco emite cátions para a solução, criando um excesso de carga positiva nela, e no eletrodo de cobre a solução é esgotada em cátions, aqui a solução é carregada negativamente.
Fechar o circuito externo faz com que os elétrons fluam do eletrodo de zinco para o eletrodo de cobre. As relações de equilíbrio nos limites de fase são interrompidas. Ocorre uma reação de oxidação-redução.
A energia de uma reação química espontânea é convertida em energia elétrica.
Se uma reação química é provocada pela energia externa de uma corrente elétrica, ocorre um processo chamado eletrólise. Os processos que ocorrem durante a eletrólise são o inverso dos processos que ocorrem durante a operação de uma célula galvânica.
ATENÇÃO! O eletrodo onde ocorre a redução também é chamado de cátodo, mas na eletrólise é carregado negativamente, enquanto o ânodo é carregado positivamente.
Aplicação em eletroquímica
Ânodos e cátodos participam de muitas reações químicas:
- Eletrólise;
- Eletroextração;
- galvanoplastia;
- Eletrotipo.
Metais são obtidos por eletrólise de compostos fundidos e soluções aquosas, metais são purificados de impurezas e componentes valiosos são extraídos (refinação eletrolítica). As placas são fundidas do metal a ser limpo. Eles são colocados como ânodos no eletrolisador. Sob a influência de uma corrente elétrica, o metal sofre dissolução. Seus cátions entram em solução e são descarregados no cátodo, formando um depósito de metal puro. As impurezas contidas na placa de metal original não limpa permanecem insolúveis como lodo anódico ou passam para o eletrólito onde são removidas. Cobre, níquel, chumbo, ouro, prata, estanho são submetidos ao refino eletrolítico.
A eletroextração é o processo de separação de um metal de uma solução durante a eletrólise. Para que o metal entre em solução, ele é tratado com reagentes especiais. Durante o processo, um metal de alta pureza é precipitado no cátodo. É assim que se obtém zinco, cobre, cádmio.
Para evitar a corrosão, dar resistência, decorar o produto, a superfície de um metal é coberta com uma camada de outro. Este processo é chamado de galvanoplastia.
A galvanoplastia é o processo de obtenção de cópias de metal de objetos a granel por eletrodeposição de metal.
Aplicação em dispositivos eletrônicos a vácuo
O princípio de operação do cátodo e ânodo em um dispositivo de vácuo pode ser demonstrado por uma lâmpada de elétrons.Parece um vaso hermeticamente fechado com peças de metal dentro. O dispositivo é usado para retificar, gerar e converter sinais elétricos. De acordo com o número de eletrodos, existem:
- diodos;
- triodos;
- tetrodos;
- pentodos, etc.
Um diodo é um dispositivo de vácuo com dois eletrodos, um cátodo e um ânodo. O cátodo está conectado ao pólo negativo da fonte de alimentação, o ânodo - ao positivo. O objetivo do cátodo é emitir elétrons quando aquecido por uma corrente elétrica a uma certa temperatura. Os elétrons emitidos criam uma carga espacial entre o cátodo e o ânodo. Os elétrons mais rápidos correm para o ânodo, superando a barreira de potencial negativo da carga espacial. O ânodo recebe essas partículas. Uma corrente anódica é criada no circuito externo. O fluxo eletrônico é controlado por eletrodos adicionais, aplicando-lhes um potencial elétrico. Por meio de diodos, a corrente alternada é convertida em corrente contínua.
Aplicação em eletrônica
Hoje, os tipos de diodos semicondutores são usados.
Na eletrônica, a propriedade dos diodos de passar a corrente na direção direta e não na direção oposta é amplamente utilizada.
A operação do LED é baseada na propriedade dos cristais semicondutores de brilharem quando uma corrente passa pela junção p-n na direção direta.
Fontes galvânicas de corrente contínua - baterias
As fontes químicas de corrente elétrica nas quais ocorrem reações reversíveis são chamadas de baterias: elas são recarregadas e usadas repetidamente.
Durante a operação de uma bateria de chumbo, ocorre uma reação redox.O chumbo metálico oxida, doa seus elétrons, reduzindo o dióxido de chumbo, que aceita elétrons. O metal de chumbo em uma bateria é o ânodo e é carregado negativamente. O dióxido de chumbo é um cátodo e está carregado positivamente.
À medida que a bateria descarrega, as substâncias do cátodo e do ânodo e seu eletrólito, o ácido sulfúrico, são consumidos. Para carregar a bateria, ela é conectada a uma fonte de corrente (mais para mais, menos para menos). A direção da corrente agora é o inverso do que era quando a bateria foi descarregada. Os processos eletroquímicos nos eletrodos são "invertidos". Agora o eletrodo de chumbo torna-se o cátodo, o processo de redução ocorre nele, e o dióxido de chumbo torna-se o ânodo, ocorrendo o procedimento de oxidação. A bateria recria as substâncias necessárias para o seu funcionamento.
Por que há confusão?
O problema surge do fato de que um determinado sinal de carga não pode ser firmemente preso ao ânodo ou cátodo. Muitas vezes, o cátodo é um eletrodo carregado positivamente e o ânodo é negativo. Muitas vezes, mas nem sempre. Tudo depende do processo que ocorre no eletrodo.
ATENÇÃO! A parte que é colocada no eletrólito pode ser tanto o ânodo quanto o cátodo. Tudo depende da finalidade do processo: você precisa colocar outra camada de metal ou removê-la.
Como identificar o ânodo e o cátodo
Em eletroquímica, o ânodo é o eletrodo no qual ocorrem os processos de oxidação, o cátodo é o eletrodo onde ocorre a redução.
Em um diodo, as derivações são chamadas de ânodo e cátodo. A corrente fluirá através do diodo se a derivação do ânodo estiver conectada ao "mais", a derivação do "cátodo" - ao "menos".
Para um novo LED com contatos não cortados, o ânodo e o cátodo são determinados visualmente pelo comprimento. O cátodo é mais curto.
Se os contatos estiverem cortados, uma bateria conectada a eles ajudará. A luz aparecerá quando as polaridades coincidirem.
Sinal de ânodo e cátodo
Em eletroquímica, é mais correto falar não sobre os sinais das cargas dos eletrodos, mas sobre os processos que ocorrem neles. A reação de redução ocorre no cátodo e a reação de oxidação ocorre no ânodo.
Na engenharia elétrica, para o fluxo de corrente, o cátodo é conectado ao pólo negativo da fonte de corrente, o ânodo ao positivo.
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