Иногда требуется подключить к источнику питания постоянного тока электроды какого-либо прибора или элемента. Их присоединяют, соблюдая полярность. Катод и анод – так называются проводники (электроды) устройства, с помощью которых выполняется это подключение. Однозначного понятия этих двух терминов нет. Их различают в зависимости от того, в каких химических и физических процессах применяют эти обозначения.
Анод и катод
Самые популярные аноды
В металлургии используется анод
для гальваники для того, чтобы наносить на поверхность изделий слой металла электрохимическим способом или для электрорафинирования. При этом процессе металл с примесями полностью растворяется на аноде, а потом осаждается в чистом виде на катоде.
В основном распространены аноды из цинка, которые могут быть литыми, сферическими, катаными. Причем последние используются чаще всего. Кроме того, берут аноды из никеля, меди, олова, бронзы, кадмия, сплава сурьмы и свинца, серебра, платины и золота. А вот из кадмия аноды почти не используют, что обуславливается их экологической вредностью. Анод
из драгоценных металлов используют для того, чтобы повысить коррозионную стойкость, улучшить эстетические свойства предметов, а также для других целей. Кроме того, они пригодятся и для того, чтобы повысить электропроводность изделий.
В вакуумных электронных приборах анод
— это специальный электрод, который способен притягивать к себе любые летящие электроны, которые испущены катодом. В рентгеновских трубках и электронных лампах он имеет такую конструкцию, когда полностью поглощает все электроны. В электронно-лучевых трубках аноды являются элементами электронной пушки, которые поглощают только часть летящих электронов, формируя при этом электронный луч после себя. В полупроводниковых приборах электроды, которые подключаются к положительному источнику тока, когда прибор открыт, то есть он имеет небольшое сопротивление, называют анодом, а тот, что подключен к отрицательному полюсу, соответственно, — катодом.
Знак анода и катода
В специальной литературе часто можно встретить самое разное обозначение знака анода: «+» или «-». Это определяется особенностями рассматриваемых процессов. К примеру, в электрохимии считают, что катод — это электрод, на котором протекает процесс восстановления, а анод — это электрод, на котором протекает процесс окисления. При активной работе электролизера внешний источник тока обеспечивает на одном электроде избыток электронов и здесь происходит восстановление металла. Этот электрод является катодом. А на другом электроде, в свою очередь, обеспечивается недостаток электронов и происходит окисление металла, и его называют анодом.
При работе гальванического элемента, на одном из электродов избыток электронов обеспечивается уже не внешним источником тока, а именно реакцией окисления металла, то есть здесь отрицательным будет уже анод. Электроны, которые проходят через внешнюю цепь, будут расходоваться на протекание реакции восстановления, то есть катодом можно назвать положительный электрод.
Исходя из такого толкования, для аккумулятора аноды и катоды меняются местами в зависимости от того, как направлен ток внутри аккумулятора. В электротехнике анодом называют положительный электрод. Так электрический ток течет от анода к катоду, а электроны — наоборот.
Только в одном направлении. Когда-то давно применялись ламповые диоды . Но сейчас используются в основном полупроводниковые диоды. В отличие от ламповых они значительно меньше по размеру, не требуют цепей накала и их очень просто соединять различным образом.
Условное обозначение диода на схеме
На рисунке показано условное обозначение диода на схеме
. Буквами А и К соответственно обозначены
анод диода
и
катод диода
. Анод диода — это вывод, который подключается к положительному выводу , непосредственно или через элементы схемы. Катод диода — это вывод из которого выходит ток положительного потенциала и далее через элементы схемы попадает на отрицательный электрод источника тока. Т.е.
ток через диод
идёт от анода к катоду. А в обратном направлении диод ток не пропускает. Если каким-то из своих выводов диод подключается к , то на другом его выводе получается постоянное напряжение с полярностью, зависящей от того, как диод подключен. Если он подключен анодом к переменному напряжению, то с катода мы получим положительное напряжение. Если он подключен катодом, то с анода будет получено соответственно отрицательное напряжение.
Положительный отрицательный электрод
Положительные и отрицательные электроды этих аккумуляторов собраны из тонких пластин никелированной стали. Брикеты активной массы помещены в перфорированные стальные оболочки, а пластины сварены между собой так, чтобы между двумя соседними пластинами имелся зазор в 1 мм. Это обеспечивает доступ электролита к активной массе.
Отремонтированные положительные и отрицательные электроды, а также новые электроды после зачистки ушков металлической щеткой собирают в полу блоки и сваривают водородным пламенем или раскаленным угольным электродом в кондукторе. Из полублоков собирают блоки электродов таким образом, чтобы каждый положительный электрод находился между двумя отрицательными. Сепараторы вставляют рифленой стороной к положительному электроду. Собранные таким образом блоки вставляют в ячейки моноблока в соответствии с установленным для данного типа батареи чередованием полярности, сверху на кромки сепараторов помещают винипластов уе предохранительные щитки.
Емкость положительных и отрицательных электродов не в одинаковой степени изменяется с изменением температуры электролита.
Полублоки положительных и отрицательных электродов дефектуют в соответствии с техническими требованиями при приемке аккумуляторных батарей в восстановительный и капитальный ремонт. При отсутствии браковочных дефектов полу блоки электродов промывают дистиллированной водой, затем их разбирают, выпиливая годные электроды из мостика баретки и сохраняя длину ушков электродов, направляют в ремонтно-сборочное отделение. Электроды, имеющие укороченные ушки, наплавляют в шаблоне.
Между положительными и отрицательными электродами установлены сепараторы 2, изготавливаемые из пористых кислотостойких материалов: микропористой резины ( Р — мипор), микропористой пластмассы ( М — мипласт) или пористого поливинилхлорида. Сепараторы предохраняют разноименные электроды от замыкания.
По площади одиночные положительные и отрицательные электроды равны.
Для этого высушенные положительные и отрицательные электроды вторично собирают в блоки, подключают к щиту, заливают раствором реактивного едкого калия с удельным весом 1 21 — 1 19 и подвергают повторному формированию.
По площади одиночные положительные и отрицательные электроды равны.
| Крышка аккумулятора КумуЛЯТОрОВ ПОКЗЗана На. |
Ножки у положительных и отрицательных электродов расположены так, чтобы электроды одной полярности опирались на одну пару призм моноблока, а другой полярности — на другую пару призм. Такое расположение уменьшает возможность короткого замыкания разноименных электродов через шлам. Решетка выполняет функции каркаса, обеспечивающего механическую прочность электрода. Их отливают из сплава свинца ( 94 %) и сурьмы ( 6 %) с применением различных присадок. Сплав обладает рядом преимуществ по сравнению с чистым свинцом. Он имеет лучшие литейные и коррозионные свойства, повышенную механическую прочность.
Короткое замыкание положительных и отрицательных электродов аккумулятора происходит при разрушении сепараторов или замыкании электродов через осыпавшуюся активную массу, а также через токопроводящие мостики из свинцовой губки, образующейся на кромках электродов. При коротком замыкании в аккумуляторе его ЭДС составляет менее 2 В, а плотность электролита в нем значительно ниже, чем в остальных аккумуляторах батареи. Причину короткого замыкания устанавливают после поднятия крышки аккумуляторной батареи.
На первое формирование поступают положительные и отрицательные электроды. Вначале к электродам приваривают токоотводы из никелевой ленты, затем их собирают в блоки с холостыми электродами, изготовленными из никелевой ленты толщиной 0 2 — 0 3 мм. Электроды в блоке изолируют от холостых электродов гофрированным, перфорированным винипластом. Крайними электродами в блоке являются холостые.
Каждый аккумулятор состоит из положительных и отрицательных электродов ( пластин), активная часть которых погружена в раствор электролита ( водного раствора серной кислоты), налитого в специальный сосуд. Первоначальным материалом положительных и отрицательных электродов аккумулятора является свинец. В результате образуется гальванический элемент с напряжением около 2 В. Анодом в нем является двуокись свинца, а котодом — губчатый свинец. При протекании этой реакции расходуется серная кислота, а в результате реакции образуется вода. При разряде ток внутри аккумулятора протекает от катода к аноду.
Пленочный сепаратор, находящийся между положительными и отрицательными электродами, играет важную роль при работе серебряно-цинковых аккумуляторов.
Полярность светодиода как определить плюс и минус
При использовании светодиодов в создании различных схем их необходимо установить правильно. Пайка в большинстве случаев проблем не создает, определить полярность немного сложнее, если нет опыта работы с тестирующим оборудованием.
Как определить полярность тестером мультиметром
Проще всего проверить светодиод мультиметром. При подключении щипов в режиме «прозвонка» к электродам можно получить 2 результата: светодиод светится и выдает на экран число, зависящее от цвета излучения, или показывает очень большое число. При первом варианте можно сделать вывод, что источник света исправен и подключен к мультиметру правильно (плюс к плюсу, минус к минусу).
Второй метод использования мультиметра – переключение на проверку сопротивления. Если красный щуп касается плюса, черный – минуса, на экране появляется значение в пределах 1600–1800.
Если у мультиметра есть отсек PNP, для определения полярности светодиода требуются отсеки E (эмиттер – «+») и C (коллектор – «-»). Источник света светится, если катод вставлен в «C», анод – в «E».
Если используется отсек мультиметра NPN, светодиод светиться, если ножки меняются местами.
По внешнему виду
В производстве светодиодов используются разные корпусы. Широко применяются DIP-элементы с цилиндрическим корпусом различного диаметра. Изготавливается множество SMD для поверхностного монтажа. Свехяркие источники света отличаются размерами корпусов и кристаллов. Опытный радиолюбитель определяет катод и анод по внешним признакам.
У DIP-элементов:
- длиннее ножка анода;
- силуэт в колбе меньше у анода, форма катода напоминает флажок;
- у источника с мощностью более 1 Вт на ножке анода есть маркировка «+».
У SMD-светодиодов:
- катод обозначается срезом на корпусе;
- теплоотвод на обратной стороне корпуса располагается ближе к аноду;
- пиктограмма «П» к аноду обращена верхней полкой, верх пиктограммы «Т» обращен к катоду.
Некоторые производители наносят на корпуса SMD-светодиодов определенные символы, которые позволяют определить полярность.
Важно! Существуют SMD, изготовленные по другому принципу (некоторые производители не соблюдают стандарты). На сложных моделях всегда имеются обозначения «+» и «−»
Любая неполупроводниковая радиолампа (стабилитрон) состоит из анода, катода и сетки. Катодом всегда служит разогретый электрод, изготовленный в форме цилиндра. Электроны при термоэмиссии двигаются к аноду (коробочке или пластине) – вольфрамовому проводнику с большим сопротивлением.
Для определения работоспособности стабилитрона используется мультиметр в режиме прозвона. Если положительный щуп приложить к аноду, отрицательный – к катоду, стабилитрон откроется, на экране будет видно значение напряжения. Если поменять щупы местами, стабилитрон закроется, на экране появится цифра 1.
Путем подачи питания
Чтобы использовать тестирование с помощью подключения к питанию, требуется источник с напряжением 3-6 В и резистор с любой мощностью на 300–470 Ом. Резистор припаивается к одной ножке мультиметра. Затем нужно коснуться щупами выводов. Светодиод светится, если плюсовой щуп касается анода, минусовой – катода.
Технической документации
Большой объем информации (размеры, цоколевку, электрические параметры) о полупроводниковом источнике света предоставляют производители в технической документации. Она выдается при покупке больших партий электронных элементов вместе с другой сопроводительной документацией. Если покупать один или несколько светодиодов, продавец техдокументацию не предоставит.
Если известна марка изделия, данные можно найти в справочниках и сети интернет.
На схеме полупроводниковый источник света обозначается пиктограммой в форме треугольника, на вершине которого начерчена линия, перпендикулярная основанию. Вершина направлена на катод. Для обозначения светодиода используются 2 стрелки над изображением.
Катод у полупроводниковых приборов
К полупроводниковым приборам относятся устройства, состоящие из вещества, удельное электрическое сопротивление которого больше сопротивления проводника, но меньше сопротивления диэлектрика. К особенностям таких приборов относится большая зависимость электропроводимости от концентрации добавок и влияния электрическим током. Свойства p-n перехода определяют принципы работы большей части полупроводниковых компонентов.
Наиболее простым представителем полупроводниковых компонентов является диод. Это элемент, имеющий два вывода и один p-n переход, отличительной особенностью которого выступает протекание тока в одном направлении.
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
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.
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. ДиодРис. 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.
Это интересно: Как правильно паять провода — видео, технология, порядок пайки
Почему существует путаница
Всё происходит от того, что нет чёткой привязки минуса и плюса к компонентам, которые называются «К» и «А». Ещё Майкл Фарадей придумал простое правило маркировки полярности для этой пары электродов. Что такое анод, по его объяснениям? Учёный при запоминании определения предлагал проводить аналогию с Солнцем. Куда ток входит (восход) – это анод, куда ток выходит (закат) – это катод. У аккумуляторов полярность на аноде и катоде изменяется от того, работает он как гальванический элемент (при разряде) или как электролизёр (при заряде).
Сварка постоянным током также неоднозначно определяет «А» и «К» при зажигании дуги прямой или обратной полярностью.
Знаки «А» и «К» при сварке постоянным током
Как определить анод и катод
Электрическая схема катода и анода:
Различие между катодом и анодом основано исключительно на токе, а не на напряжении. Металл, используемый для катода, имеет значительно большее количество электронов, чем нейтроны или протоны.
Например, один из потребителей энергии находится в прямом включении. Далее, ток по аноду из внешней цепи проникает в элемент. Во внешнюю цепь прямо через катод из элемента выходит электрический ток. Это чем-то напоминает перевёрнутое изображение. Если данные обозначения сложные, то тут разобраться с ними могут только химики. Теперь надо сделать обратное включение. В этом случае диоды полупроводникового типа почти не будут проводить электрический ток. Тем не менее, есть вероятность обратного пробоя у элементов.
Электровакуумные диоды (например, радиолампы) совсем не обладают способностью проводить ток обратного типа. Условно принято считать, что ток через них не протекает. В связи с этим формально выводы анода и катода у диодов не отвечают за выполнение этих функций.
При катодной защите металлический анод электрически связан с защищаемой системой и частично разъедает или растворяет металл защищаемой системы. Этот металлический анод большей степени реагирует на коррозионную среду защищаемой системы. Корпус железного или стального судна может быть защищен цинковым анодом, который растворяется в морской воде и предотвращает коррозию корпуса.
Менее очевидным примером такого типа защиты является процесс цинкования железа. Такой процесс покрывает железные конструкции (такие как ограждение) покрытием из металлического цинка. Пока цинк остается неповрежденным, железо защищено от коррозии. С течением времени цинковое покрытие становится поврежденным, в результате потрескивания или физического повреждения.
Об электрохимии замолвим слово
Здесь используют немного другие определения. Так, анод рассматривается как электрод, где протекают окислительные процессы. И вспоминая школьный курс химии, можете ответить, что происходит в другой части? Электрод, на котором протекают восстановительные процессы, называется катодом. Но здесь нет привязки к электронным приборам. Давайте рассмотрим ценность окислительно-восстановительных реакций для нас:
- Окисление. Происходит процесс отдачи частицей электрона. Нейтральная превращается в положительный ион, а отрицательная нейтрализуется.
- Восстановление. Происходит процесс получения частицей электрона. Положительная превращается в нейтральный ион, а потом в отрицательный при повторении.
- Оба процесса являются взаимосвязанными (так, количество электронов, что отданы, равняется присоединённому их числу).
Также Фарадеем для обозначения были введены названия для элементов, что принимают участие в химических реакциях:
- Катионы. Так называются положительно заряженные ионы, что двигаются в растворе электролита в сторону отрицательного полюса (катода).
- Анионы. Так называются отрицательно заряженные ионы, что двигаются в растворе электролита в сторону положительного полюса (анода).
Положительно заряженный электрод
Положительно заряженный электрод ( анод) обозн.
Положительно заряженный электрод, на котором происходит восстановление анионов, называют анодом.
Положительно заряженный электрод ( анод) имеет форму пластины или стержня.
На положительно заряженном электроде ( аноде) проходят реакции окисления, характер которых зависит от того, способен ли растворяться металлический анод в конкретных условиях электролиза или он находится в инертном ( пассивном) состоянии.
Анод — положительно заряженный электрод электровакуумного прибора, к которому под действием ускоряющего электрического поля движутся электроны, испускаемые катодом. Кинетическая энергия электронов, входящих в анод, переходит в тепловую, которая может вызвать значительное повышение температуры анода и даже расплавить его. Поэтому важным параметром электровакуумного прибора является максимально допустимая мощность, рассеиваемая анодом в виде тепла. Для обеспечения хорошего отвода тепла от анодов их поверхности делают темными — покрывают слоем угля, циркония или титана, которые имеют наибольший коэффициент излучения. Аноды изготовляют из молибдена, тантала, никеля или графита в виде цилиндров, плоскостей или колпачков.
Со стороны положительно заряженных электродов на частицу действует отталкивающая оила, а оо стороны отрицательно заряженных-притягивающая. По действием этих сил частицы претерпевают незначительные отклонения и выходят за пределы системы электродов.
| Возникновение короны у положительно заряженного стержня. |
При развитии короны вблизи положительно заряженного электрода происходит постоянное расширение области, охваченной короной. Под действием сил электрического поля легкие электроны лавины передвигаются к стержню и поглощаются им, тяжелые положительные ионы направляются к катоду.
Электрон может двигаться к положительно заряженному электроду за счет туннельного просачивания через потенциальные барьеры под влиянием приложенного напряжения. Передвижение электрона с п / 2 уровня молекулы, соседней с возбужденной, заполняет положительную дырку в последней и создает в свою очередь положительную дырку в ней самой. Перемещения такого рода приводят к миграции положительной дырки к отрицательному электроду и создает дырочный ток.
Полируемая деталь всегда подвешивается на положительно заряженный электрод — анод. Основной недостаток электрохимического полирования — сглаживание острых углов при полировании деталей сложной формы. Плотность тока на остриях детали наибольшая, поэтому острые углы растворяются быстрее, чем остальная часть детали.
| Электролиз хлорной меди. |
Отрицательные ионы хлора притягиваются к положительно заряженному электроду — аноду.
Отрицательно заряженные ионы хлора притягиваются к положительно заряженному электроду — аноду. На поверхности анода каждый ион хлора С1 — разряжается, отдавая электрон аноду.
| Явление термоэлектронной эмиссии. |
Вылетевшие из нити лампы электроны притягиваются положительно заряженным электродом А, вследствие чего во внешней цепи устанавливается ток. Если же электрод А соединен с отрицательным полюсом батареи, то он отталкивает электроны, вылетающие из накаленной нити; в этом случае тока во внешней цепи не будет.
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.
Электролиз расплавов
Катод и анод в теории и практике
При электролизе расплава на аноде окисляются анионы кислотных остатков, а на катоде восстанавливаются катионы металлов. Молекул воды в системе нет.
Например: электролиз расплава хлорида натрия. На катоде восстанавли-ваются катионы натрия:
Катод (–): Na+ + ē → Na
На аноде окисляются анионы хлора:
Анод (+): 2Cl– – 2ē → Cl2
Суммарное уравнение электролиза расплава хлорида натрия:
2Na+Cl– → 2Na + Cl2
Еще один пример: электролиз расплава гидроксида натрия. На катоде восстанавливаются катионы натрия:
Катод (–): Na+ + ē → Na
На аноде окисляются гидроксид-ионы:
Анод (+): 4OH– – 4ē → O2 + 2H2O
Суммарное уравнение электролиза расплава гидроксида натрия:
4Na+OH– → 4Na + O2+ 2H2O
Многие металлы получают в промышленности электролизом расплавов.
Например, алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплаве криолита. Криолит – Na3[AlF6] плавится при более низкой температуре (1100оС), чем оксид алюминия (2050оС). А оксид алюминия отлично растворяется в расплавленном криолите.
В растворе криолите оксид алюминия диссоциирует на ионы:
Al2O3 = Al3+ + AlO33-
На катоде восстанавливаются катионы алюминия:
Катод (–): Al3+ + 3ē → Al
На аноде окисляются алюминат-ионы:
Анод (+): 4AlO33– – 12ē → 2Al2O3 + 3O2
Общее уравнение электролиза раствора оксида алюминия в расплаве криолита:
2Al2О3 = 4Al + 3О2
В промышленности при электролизе оксида алюминия в качестве электродов используют графитовые стержни. При этом электроды частично окисляются (сгорают) в выделяющемся кислороде:
C + О2 = C+4O2-2
Знак анода и катода
Каким знаком обозначается «К», каким «А», зависит от того, какая процедура и в какой области рассматривается. В электрохимии есть два устройства, имеющие различие в обозначении знаками: электролизёр и гальванический элемент.
При электролизе (окислительно-восстановительном химическом взаимодействии под влиянием внешнего ИП) минусом «-» обозначают катод. Именно на нём восстанавливаются металлы, из-за избытка электронов. Плюсом «+», в свою очередь, маркируют анод (положительный электрод), где металлы окисляются из-за недостатка отрицательно заряженных частиц.
Знаки зарядов при электролизе
В гальваническом элементе окисление происходит без внешнего воздействия электричества. Если взять в качестве примера медно-цинковую батарею, то большое количество электронов (минус) скапливается на аноде. Они при продвижении по внешней цепи участвуют в восстановлении меди. Значит, в этом случае положительным электродом будет катод.
Внимание! У гальванических элементов плюсом является катод, минусом – анод. У электролизёров наоборот – плюсом считают анод, минусом – катод
Знаки зарядов у гальванической батареи
У полупроводниковых приборов, как знак, так и термин, чётко закреплены за выводами детали. Анод – это «плюс», катод – это «минус» диода.
Видео
Кофе капсульный Nescafe Dolce Gusto Капучино, 3 упаковки по 16 капсул
1305 ₽ Подробнее
Кофе в капсулах Nescafe Dolce Gusto Cappuccino, 8 порций (16 капсул)
435 ₽ Подробнее
Стабилизаторы для смартфонов
Определение анода и катода
Для начала возьмем очень серьезный документ, который является ЗАКОНОМ для науки, техники и, конечно, школы. Это «ГОСТ 15596-82. ИСТОЧНИКИ ТОКА ХИМИЧЕСКИЕ. Термины и определения». Там на странице 3 можно прочесть следующее: «Отрицательный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является анодом». То же самое, «Положительный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является катодом». (Термины выделены мной. БХ). Но тексты правила и ГОСТа противоречат друг-другу. В чем же дело?
А всё дело в том, что, например, деталь, опущенная в электролит для никелирования или для электрохимического полирования, может быть и анодом и катодом в зависимости от того наносится на нее другой слой металла или, наоборот, снимается. 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, а отрицательный отпускать. При разрядке – наоборот. При отсутствии движения электрического тока разговоры об аноде и катоде бессмысленны.
«Поэтому, во избежание неясности и неопределенности, а также ради большей точности, – записал в своих исследованиях М.Фарадей в январе 1834г., – я в дальнейшем предполагаю применять термины, определение которых сейчас дам».
Каковы же причины введения новых терминов в науку Фарадеем? А вот они: «Поверхности, у которых, согласно обычной терминологии, электрический ток входит в вещество и из него выходит, являются весьма важными местами действия и их необходимо отличать от полюсов». В те времена после открытия Т. Зеебеком явления термоэлектричества имела хождение гипотеза о том, что магнетизм Земли обусловлен разностью температур полюсов и экватора, вследствие чего возникают токи вдоль экватора. Она не подтвердилась, но послужила Фарадею в качестве «естественного указателя» при создании новых терминов. Магнетизм Земли имеет такую полярность, как если бы электрический ток шел вдоль экватора по направлению кажущегося движения солнца.
Обозначение анода и катода
Фарадей записывает: «На основании этого представления мы предлагаем назвать ту поверхность, которая направлена на восток – анодом, а ту, которая направлена на запад – катодом». В основе новых терминов лежал древнегреческий язык и в переводе они значили: анод – путь (солнца) вверх, катод – путь (солнца) вниз.
В русском языке есть прекрасные термины ВОСХОД и ЗАХОД, которые легко применить для данного случая, но почему-то переводчики Фарадея этого не сделали. Мы же рекомендуем пользоваться ими, ибо в них корнем слова является ХОД и, во всяком случае, это напомнит пользователю термина, что без движения тока термин не применим. Для желающего проверить рассуждения создателя термина с помощью других правил, например правила пробочника, сообщаем, что северный магнитный полюс Земли лежит в Антарктиде, возле Южного географического полюса.
Ошибкам в применениях терминов АНОД и КАТОД нет числа. В том числе и в зарубежных справочниках и энциклопедиях. Поэтому в электрохимии пользуются другими определениями, более понятными читателю. У них анод – это электрод, где протекают окислительные процессы, а катод – это электрод, где протекают восстановительные процессы. В этой терминологии нет места электронным приборам, но при электротехнической терминологии указать анод радиолампы, например, легко. В него входит электрический ток. (Не путать с направлением электронов).
Как работает батарейка.
