De anode en kathode zijn de soorten elektroden die in elektrochemische cellen worden aangetroffen. Dit zijn apparaten die elektrische energie kunnen produceren door middel van een chemische reactie. De meest gebruikte elektrochemische cellen zijn batterijen.
Er zijn twee soorten elektrochemische cellen: elektrolytische cellen en galvanische of voltaïsche cellen. In elektrolytische cellen vindt de chemische reactie die energie produceert niet spontaan plaats, maar wordt de elektrische stroom omgezet in een chemische oxidatie-reductiereactie.
De galvanische cel is opgebouwd uit twee halve cellen. Deze zijn verbonden door twee elementen, een metalen geleider en een zoutbrug.
De elektrische geleider, zoals de naam al aangeeft, geleidt elektriciteit omdat deze zeer weinig weerstand heeft tegen de beweging van elektrische lading. De beste geleiders zijn meestal van metaal.
De zoutbrug is een buis die de twee halve cellen met elkaar verbindt, terwijl ze hun elektrisch contact behouden en zonder de componenten van elke cel samen te laten komen Elke halve cel van de galvanische cel bevat een elektrode en een elektrolyt.
Wanneer de chemische reactie plaatsvindt, verliest een van de halve cellen elektronen richting zijn elektrode, door het oxidatieproces; terwijl de andere elektronen verkrijgt voor zijn elektrode, door het reductieproces.
Oxidatieprocessen vinden plaats aan de anode en reductieprocessen aan de kathode
Anode
De naam van de anode komt van het Griekse ανά (aná): naar boven en οδός (odós): weg. Faraday was degene die deze term in de 19e eeuw bedacht.
De beste definitie van anode is de elektrode die elektronen verliest bij een oxidatiereactie. Het is normaal gesproken verbonden met de positieve pool van de doorvoer van elektrische stroom, maar dit is niet altijd het geval.
Hoewel bij batterijen de anode de positieve pool is, is dit bij LED-lampen het tegenovergestelde, waarbij de anode de negatieve pool is.
Normaal gesproken wordt de richting van de elektrische stroom gedefinieerd, waarbij deze wordt gezien als een richting van vrije ladingen, maar als de geleider niet van metaal is, worden de geproduceerde positieve ladingen overgedragen naar de externe geleider.
Deze beweging houdt in dat we positieve en negatieve ladingen hebben die in tegengestelde richting bewegen, dus er wordt gezegd dat de richting van de stroom het pad is van de positieve ladingen van de kationen in de anode naar de negatieve lading van de anodes. gevonden op de kathode.
In galvanische cellen, met een metalen geleider, volgt de stroom die tijdens de reactie wordt gegenereerd het pad van de positieve naar de negatieve pool.
Maar in elektrolytische cellen, omdat ze geen metalen geleider hebben, maar eerder een elektrolyt, kunnen ionen met een positieve en negatieve lading worden gevonden die in tegengestelde richtingen bewegen.
Thermionische anodes ontvangen de meeste elektronen die van de kathode komen, verwarmen de anode en moeten een manier vinden om deze af te voeren. Deze warmte wordt gegenereerd in de spanning die tussen de elektronen ontstaat.
Speciale anodes
Er is een speciaal type anode, zoals die in röntgenstralen worden gevonden.In deze buizen genereert de energie die door de elektronen wordt geproduceerd, naast het produceren van de röntgenstralen, veel energie die de anode verwarmt.
Deze warmte wordt geproduceerd bij de verschillende spanning tussen de twee elektroden, die druk uitoefent op de elektronen. Wanneer elektronen in de elektrische stroom bewegen, botsen ze tegen de anode en geven ze hun warmte eraan.
Kathode
De kathode is de negatief geladen elektrode, die een reductiereactie ondergaat in de chemische reactie, waarbij de oxidatietoestand wordt verminderd wanneer deze elektronen ontvangt.
Net als bij de anode was het Faraday die de term kathode voorstelde, die afkomstig is van het Griekse κατά: 'naar beneden' en ὁδός: 'weg'. Aan deze elektrode werd in de loop van de tijd de negatieve lading toegeschreven.
Deze benadering was onjuist, omdat het, afhankelijk van het apparaat waarin het zich bevindt, de ene of de andere lading heeft.
Deze relatie met de minpool, net als bij de anode, komt voort uit de aanname dat er stroom vloeit van de pluspool naar de minpool. Dit ontstaat binnen een galvanische cel.
In elektrolytische cellen, het medium voor energieoverdracht, niet in een metaal maar in een elektrolyt, kunnen negatieve en positieve ionen naast elkaar bestaan die in tegengestelde richtingen bewegen. Maar volgens afspraak gaat de stroom van de anode naar de kathode.
Speciale kathodes
Een type specifieke kathodes zijn thermionische kathodes. Hierin zendt de kathode elektronen uit onder invloed van warmte.
Bij thermionische kleppen kan de kathode zichzelf verwarmen door een verwarmingsstroom te laten circuleren in een daaraan bevestigde gloeidraad.
Evenwichtsreactie
Als we een galvanische cel nemen, de meest voorkomende elektrochemische cel, kunnen we de evenwichtsreactie formuleren die wordt opgewekt.
Elke halve cel die de galvanische cel vormt, heeft een karakteristieke spanning die bekend staat als het reductiepotentieel. Binnen elke halfcel vindt een oxidatiereactie plaats tussen de verschillende ionen.
Wanneer deze reactie in evenwicht komt, kan de cel geen spanning meer leveren. Op dit moment zal de oxidatie die op dat moment in de halfcel plaatsvindt een positieve waarde hebben naarmate het evenwicht dichterbij komt. Het potentieel van de reactie zal groter zijn naarmate er meer evenwicht wordt bereikt.
Wanneer de anode in evenwicht is, begint hij elektronen te verliezen die door de geleider naar de kathode gaan.
De reductiereactie vindt plaats aan de kathode, hoe verder deze uit evenwicht is, hoe meer potentiaal de reactie zal hebben wanneer deze plaatsvindt en de elektronen opneemt die van de anode komen.
Referenties
- HUHEEY, James E., et al. Anorganische chemie: principes van structuur en reactiviteit. Pearson Education India, 2006.
- SIENKO, Michell J.; ROBERT, A. Chemie: principes en eigenschappen. New York, VS: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Algemene chemie: principes en structuur. Wiley, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H., et al. Algemene scheikunde . Inter-American Educational Fund, 1977.
- MASTERTON, William L.; HURLEY, Cecile N. Chemistry: principes en reacties. Cengage Learning, 2015.
- BABOR, Joseph A.; BABOR, Jose Joseph A.; AZNÁREZ, José Ibarz. Moderne algemene chemie: een inleiding tot fysische chemie en hoger beschrijvende chemie (anorganische, organische en biochemie). Marin ,, 1979.
- CHARLOT, Gaston; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Elektrochemische reacties. Toray-Masson, 1969.