Anoda i katoda su vrste elektroda koje se nalaze u elektrokemijskih ćelija. To su uređaji sposobni proizvoditi električnu energiju kemijskom reakcijom. Elektrokemijske stanice koje se najčešće koriste su baterije.
Postoje dvije vrste elektrokemijskih stanica, elektrolitičke stanice i galvanske ili voltaične stanice. U elektrolitičkim ćelijama kemijska reakcija koja proizvodi energiju ne odvija se spontano, već se električna struja pretvara u reakciju redukcije kemijske oksidacije.
Galvanska ćelija sastoji se od dvije polovice ćelija. To su povezani dva elementa, metalnim vodičem i solnim mostom.
Električni vodič, kao što mu ime govori, provodi električnu energiju jer ima vrlo mali otpor na kretanje električnog naboja. Najbolji dirigenti su obično metalni.
Solni most je cijev koja povezuje dvije polu-ćelije, održavajući njihov električni kontakt, i ne dozvoljavajući da se komponente svake stanice stapaju zajedno. Svaka polovica galvanske ćelije sadrži elektrodu i elektrolit.
Kada se dogodi kemijska reakcija, jedna od pola ćelija gubi elektrone prema svojoj elektrodi, kroz proces oksidacije; dok drugi dobiva elektrone za svoju elektrodu, kroz proces redukcije.
Oksidacijski procesi događaju se na anodi, a redukcijski na katodi
Anoda
Naziv anode dolazi od grčkog ανά (aná): prema gore, a οδός (odós): put. Faraday je bio taj koji je skovao ovaj termin u 19. stoljeću.
Najbolja definicija anode je elektroda koja u reakciji oksidacije gubi elektrone. Obično je povezan s pozitivnim polom tranzita električne struje, ali to nije uvijek slučaj.
Iako je u baterijama anoda pozitivni pol, kod LED svjetla je obrnuto, pri čemu je anoda negativni pol.
Obično se smjer električne struje definira, cijeneći ga kao smjer slobodnih naboja, ali ako vodič nije metalik, pozitivni naboji koji nastaju prenose se na vanjski vodič.
Ovaj pokret podrazumijeva da imamo pozitivne i negativne naboje koji se kreću u suprotnim smjerovima, pa se kaže da je pravac struje put pozitivnih naboja kationa koji se nalaze u anodi prema negativnom naboju anoda. pronađena na katodi.
U galvanskim ćelijama s metalnim vodičem struja koja nastaje u reakciji slijedi put od pozitivnog do negativnog pola.
Ali u elektrolitičkim ćelijama, budući da nemaju metalni vodič, već radije elektrolit, mogu se naći ioni s pozitivnim i negativnim nabojem koji se kreću u suprotnim smjerovima.
Termionske anode primaju većinu elektrona koji dolaze iz katode, zagrijavaju anodu i moraju pronaći način da se rasprše. Ta se toplina stvara u naponu koji nastaje između elektrona.
Posebne anode
Postoji posebna vrsta anode, poput one koja se nalazi unutar X-zraka. U tim cijevima energija koju stvaraju elektroni, osim što stvara X-zrake, stvara i veliku količinu energije koja zagrijava anodu.
Ta se toplina proizvodi na različitom naponu između dvije elektrode, koji vrši pritisak na elektrone. Kad se elektroni kreću u električnoj struji, oni djeluju na anodu, prenoseći na nju svoju toplinu.
Katoda
Katoda je negativno nabijena elektroda koja prolazi redukcijsku reakciju u kemijskoj reakciji pri kojoj se njeno oksidacijsko stanje smanjuje kad primi elektrone.
Kao i kod anode, Faraday je predložio termin katoda koji dolazi od grčkog κατά: 'dolje', i ὁδός: 'staza'. Ovoj elektrodi je vremenom pripisan negativan naboj.
Ovaj se pristup pokazao lažnim, jer ovisno o uređaju u kojem se nalazi, ima jedno ili drugo opterećenje.
Ta veza s negativnim polom, kao i s anodom, proizlazi iz pretpostavke da struja teče od pozitivnog pola do negativnog pola. To se događa unutar galvanske ćelije.
Unutar elektrolitičkih ćelija, medij za prijenos energije, ne u metalu, već u elektrolitu, mogu postojati negativni i pozitivni ioni koji se kreću u suprotnim smjerovima. Ali prema dogovoru, kaže se da struja ide od anode do katode.
Posebne katode
Jedna vrsta specifičnih katoda su termionske katode. U njima katoda emitira elektrone zbog djelovanja topline.
U termičkim ventilima katoda se može zagrijavati cirkulirajući grijaću struju u filamentu koji je na nju priključen.
Reakcija ravnoteže
Ako uzmemo galvansku ćeliju, koja je najčešća elektrokemijska stanica, možemo formulirati reakciju ravnoteže koja se stvara.
Svaka polovica koja čini galvansku ćeliju ima karakteristični napon poznat kao redukcijski potencijal. Unutar svake polovice ćelije dolazi do oksidacijske reakcije između različitih iona.
Kad ta reakcija postigne ravnotežu, stanica više ne može podnijeti napetost. U ovom trenutku, oksidacija koja se u tom trenutku odvija u polovici ćelije imati će pozitivnu vrijednost što je bliže ravnoteži. Potencijal reakcije bit će veći što se više postigne ravnoteža.
Kad je anoda u ravnoteži, počinje gubiti elektrone koji prolaze kroz vodič do katode.
Reakcija redukcije odvija se na katodi, što je daljnja od ravnoteže, to će veća potencijal imati reakcija kada se dogodi i zauzme elektrone koji dolaze iz anode.
Reference
- HUHEEY, James E. i sur. Neorganska kemija: principi strukture i reaktivnosti. Pearson Education India, 2006.
- SIENKO, Michell J.; ROBERT, A. Kemija: principi i svojstva. New York, SAD: McGraw-Hill, 1966.
- BRADY, James E. Opća kemija: principi i struktura. Wiley, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H. i sur. Opća kemija. Međuamerički obrazovni fond, 1977.
- MASTERTON, William L.; HURLEY, Cecile N. Kemija: principi i reakcije. Cengage Learning, 2015.
- BABOR, Josip A.; BABOR, JoseJoseph A.; AZNÁREZ, José Ibarz. Suvremena opća kemija: uvod u fizikalnu kemiju i višu opisnu kemiju (neorgansku, organsku i biokemiju). Marin,, 1979.
- CHARLOT, Gaston; TRÉMILLON, Bernard; BADOZ-LAMBLING, J. Elektrokemijske reakcije. Toray-Masson, 1969.