Что такое анод и катод в химии: Знаем ли мы, что такое АНОД? и что такое КАТОД? / Теория, измерения и расчеты / Сообщество EasyElectronics.ru

Содержание

Катоды. Что такое анод и катод — простое объяснение

Катод – это электрод устройства, который подключен к отрицательному полюсу источнику тока. Анод – противоположность ему. Это электрод прибора, подключенный к положительному полюсу источника тока.

Обратите внимание! Чтобы легче запомнить разницу между ними, используют шпаргалку. В словах «катод»-«минус», «анод»-«плюс» одинаковое число букв.

Применение в электрохимии

В этом разделе химии катод – это отрицательно заряженный электрический проводник (электрод), притягивающий к себе положительно заряженные ионы (катионы) во время процессов окисления и восстановления.

Электролитическое рафинирование – это электролиз сплавов и водных растворов. Большинство цветных металлов подвергаются такой очистке. При помощи электролитической очистки получается металл с высокой чистотой. Так, степень чистоты меди после рафинирования достигает 99,99%.

На положительном электрическом проводнике во время рафинирования или очистки проходит электролитический процесс.

Во время него металл с примесями помещают в электролизер и делают анодом. Такие процессы проводятся при помощи внешнего источника электрической энергии и называются реакциями электролиза. Осуществляются в электролизерах. Он выполняет функцию электронасоса, нагнетающего отрицательно заряженные частицы (электроны) в отрицательный проводник и удаляющего его из анода. Откуда исходит ток, неважно.

На катоде очищается металл от посторонних примесей. Простой катод изготавливается из вольфрама, иногда – из тантала. Достоинством вольфрамового отрицательного электрода является стойкость его изготовления. Из недостатков – имеет низкую эффективность и неэкономичность. Сложные катоды имеют разное устройство. У многих таких типов проводников на чистый металл сверху наносится специальный слой, который активирует получение большей производительности при относительно низких температурах. Они очень экономичны. Их недостаток состоит в небольшой устойчивости производительности.

Готовый чистый металл тоже называется катодом. Например, цинковый или платиновый катод. На производстве отрицательный проводник отделяют от катодной основы при помощи катодосдирочных машин.

При удалении отрицательно заряженных частиц из электрического проводника на нем создается анод, а при нагнетании отрицательно заряженных частиц на электрический проводник – катод. При электролизе очищаемого металла его положительные ионы притягивают к себе отрицательно заряженные частицы на отрицательном проводнике, и происходит восстановительный процесс. Чаще всего используют такие аноды:

цинковые;
кадмиевые;
медные;
никелевые;
оловянные;
золотые;
серебряные;
платиновые.

Чаще всего на производстве используют цинковые аноды.

Они бывают:

катанные;
литые;
сферические.

Больше всего применяют катанные цинковые аноды. Еще используют никелевые и медные. А вот кадмиевые почти не используются из-за их токсичности для экологии. Бронзовые и оловянные аноды применяют при изготовлении радиоэлектронных печатных плат.

Гальванизация (гальваностегия) – процесс нанесения тонкого слоя металла на другой предмет с целью предотвращения коррозии изделия, окисления контактов в электронике, износостойкости, декорации. Суть процесса такая же, как при рафинировании.

Цинк и олово используют для повышения стойкости изделия при коррозии. Цинкование бывает холодным, горячим, гальваническим, газотермическим и термодиффузионным. Золото используют в основном в защитно-декоративных целях. Серебро повышает стойкость контактов электроприборов к окислению. Хром – для увеличения износостойкости и защиты от коррозии. Хромирование придает изделиям красивый и дорогой вид. Используется для нанесения на ручки, краны, колесные диски и т.д. Процесс хромирования токсичен, поэтому строго регламентируется законодательством разных стран. Ниже на картинке представлен метод гальванизации при помощи никеля.

Применение в вакуумных электронных приборах

Здесь катод выступает источником свободных электродов. Они образуются в ходе их выбивания из металла при высоких температурах. Положительно заряженный электрод притягивает электроны, выпущенные отрицательным проводником. В разных аппаратах он в разной степени собирает их в себя. В электронных трубках он полностью притягивает отрицательно заряженные частицы, а в электронно-лучевых приборах – частично, формируя в завершении процесса электронный луч.

Изучение таких отраслей, как электрохимия и цветная металлургия, невозможно без понимания в полной мере терминов катод и анод. В то же время эти термины являются неотъемлемой частью вакуумных и полупроводниковых электронных приборов.

Катод и анод в электрохимии

Под электрохимией следует понимать раздел физической химии, изучающий химические процессы, вызываемые воздействием электрического тока, а также электрические явления, вызываемые химическими процессами. Существует два основных вида электрохимических операций:

Процедура преобразования электрического воздействия в химическую реакцию, называемая электролизом;
Процедура преобразования химической реакции в электрический ток, называемая гальваническим процессом.

В электрохимии под терминами анод и катод понимают следующее:

Электрод, на котором проходит окислительная реакция, называется анодом;

Электрод, на котором осуществляется процедура восстановления, называется катодом.

Под процессами окисления стоит понимать процедуру, при которой частица отдает электроны. Восстановительный процесс подразумевает процедуру принятия электронов частицей. Соответственно, частицы, которые отдают электроны, именуются «восстановителями», и они подвержены окислению. Частицы, которые принимают электроны, именуются «окислителями», они восстанавливаются.

Цветная металлургия широко использует процесс электролиза для выделения металлов из добытых руд и дальнейшей очистки. В процедуре электролиза применяются растворимые и нерастворимые аноды, а сами процессы называются электрорафинированием и электроэкстракцией, соответственно.

Катод в вакуумных приборах

Одной из разновидностей электровакуумных приборов является электронная лампа.

Предназначение электроламп – регулирование потока электронов, дрейфующих в вакууме между другими электродами. Конструктивно электролампа выглядит как герметичный сосуд-баллон, с помещенными в середине мелкими металлическими выводами. Численность выводов зависит от вида радиолампы.

В составе любой радиолампы такие элементы:

Катод;
Анод;
Сетка.

Катодом электролампы подразумевается разогретый электрод, подключенный к «минусу» блока питания и испускающий электроны, будучи накаленным. Эти электроны движутся к аноду, подключенному к «плюсу». Процесс испускания электронов разогретым катодом называется термоэмиссией, а возникший при этом ток именуется током термоэмиссии. Метод нагрева обуславливает разновидности катодов:

Катод прямого разогрева;
Катод непрямого разогрева.

Катодом непосредственного накала является прочный вольфрамовый проводник большого сопротивления. Прогревание катода проходит путем подвода к нему напряжения.

Важно! К особенностям электронных ламп непосредственного нагрева относятся быстрый запуск лампы в работу при меньшем потреблении мощности, хотя за счет срока службы. Поскольку питающий ток таких ламп является постоянным, то ограничено их применение в среде переменного тока.

Электролампы, у которых внутри катода, выполненного в виде цилиндра, размещена нагревающая нить, называются радиолампами косвенного нагрева.

Конструктивно анод выглядит в виде пластины либо коробочки, размещенной вокруг катода с сеткой и имеющей потенциал, обратный катоду. Дополнительные электроды, размещенные между анодом и катодом, называются сеткой и применяются для регулировки потока электронов.

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.

Про анод и катод источника питания необходимо знать тем, кто занимается практической электроникой. Что и как называют? Почему именно так? Будет углублённое рассмотрение темы с точки зрения не только радиолюбительства, но и химии. Наиболее популярное объяснение звучит следующим образом: анод – это положительный электрод, а катод – отрицательный. Увы, это не всегда верно и неполно. Чтобы уметь определить анод и катод, необходимо иметь теоретическую базу и знать, что да как. Давайте рассмотрим это в рамках статьи.

Анод

Обратимся к ГОСТ 15596-82, который занимается химическими Нас интересует информация, размещённая на третьей странице. Согласно ГОСТу, отрицательным электродом является именно анод. Вот так да! А почему именно так? Дело в том, что именно через него электрический ток входит из внешней цепи в сам источник. Как видите, не всё так легко, как кажется на первый взгляд. Можно посоветовать внимательно рассматривать представленные в статье картинки, если содержимое кажется слишком сложным – они помогут понять, что же автор хочет вам донести.

Катод

Обращаемся всё к тому же ГОСТ 15596-82. Положительным электродом химического источника тока является тот, при разряде из которого он выходит во внешнюю цепь. Как видите, данные, содержащиеся в ГОСТ 15596-82, рассматривают ситуацию с другой позиции. Поэтому при консультировании с другими людьми насчет определённых конструкций необходимо быть очень осторожным.

Возникновение терминов

Их ввёл ещё Фарадей в январе 1834 года, чтобы избежать неясности и добиться большей точности. Он предлагал и свой вариант запоминания на примере с Солнцем. Так, у него анод – это восход. Солнце движется вверх (ток входит). Катод – это заход. Солнце движется вниз (ток выходит).

Пример радиолампы и диода

Продолжаем разбираться, что для обозначения чего используется. Допустим, один из данных потребителей энергии у нас имеется в открытом состоянии (в прямом включении). Так, из внешней цепи диода в элемент по аноду входит электрический ток. Но не путайтесь благодаря такому объяснению с направлением электронов. Через катод во внешнюю цепь из используемого элемента выходит электрический ток. Та ситуация, что сложилась сейчас, напоминает случаи, когда люди смотрят на перевёрнутую картину. Если данные обозначения сложные – помните, что разбираться в них таким образом обязательно исключительно химикам. А сейчас давайте сделаем обратное включение. Можно заметить, что полупроводниковые диоды практически не будут проводить ток. Единственное возможное здесь исключение – обратный пробой элементов. А электровакуумные диоды (кенотроны, радиолампы) вообще не будут проводить обратный ток. Поэтому и считается (условно), что он через них не идёт. Поэтому формально выводы анод и катод у диода не выполняют свои функции.

Почему существует путаница?

Специально, чтобы облегчить обучение и практическое применение, было решено, что диодные элементы названия выводов не будут менять зависимо от своей схемы включения, и они будут «прикреплены» к физическим выводам. Но это не относится к аккумуляторам. Так, у полупроводниковых диодов всё зависит от типа проводимости кристалла. В электронных лампах этот вопрос привязан к электроду, который эмитирует электроны в месте расположения нити накала. Конечно, тут есть определённые нюансы: так, через такие как супрессор и стабилитрон, может немного протекать обратный ток, но здесь существует специфика, явно выходящая за рамки статьи.

Разбираемся с электрическим аккумулятором

Это по-настоящему классический пример химического источника электрического тока, что является возобновляемым. Аккумулятор пребывает в одном из двух режимов: заряд/разряд. В обоих этих случаях будет разное направление электрического тока. Но обратите внимание, что полярность электродов при этом меняться не будет. И они могут выступать в разных ролях:

Во время зарядки положительный электрод принимает электрический ток и является анодом, а отрицательный его отпускает и именуется катодом.
При отсутствии движения о них разговор вести нет смысла.
Во время разряда положительный электрод отпускает электрический ток и является катодом, а отрицательный принимает и именуется анодом.

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 в сторону отрицательного полюса (катода).
Анионы. Так называются отрицательно заряженные ионы, что двигаются в растворе электролита в сторону положительного полюса (анода).

Как происходят химические реакции?

Окислительная и восстановительная полуреакции являются разделёнными в пространстве. Переход электронов между катодом и анодом осуществляется не непосредственно, а благодаря проводнику внешней цепи, на котором создаётся электрический ток. Здесь можно наблюдать взаимное превращение электрической и химической форм энергии. Поэтому для образования внешней цепи системы из проводников разного рода (коими являются электроды в электролите) и необходимо пользоваться металлом. Видите ли, напряжение между анодом и катодом существует, как и один нюанс. И если бы не было элемента, что мешает им напрямую произвести необходимый процесс, то ценность источников химического тока была бы весьма низка. А так, благодаря тому, что заряду необходимо пройтись по той схеме, была собрана и работает техника.

Что есть что: шаг 1

Теперь давайте будем определять, что есть что. Возьмём гальванический элемент Якоби-Даниэля. С одной стороны он состоит из цинкового электрода, который опущен в раствор сульфата цинка. Затем идёт пористая перегородка. И с другой стороны имеется медный электрод, который расположен в растворе Они соприкасаются между собой, но химические особенности и перегородка не дают смешаться.

Шаг 2: Процесс

Происходит окисление цинка, и электроны по внешней цепи двигаются к меди. Так получается, что гальванический элемент имеет анод, заряженный отрицательно, и катод – положительный. Причем данный процесс может протекать только в тех случаях, когда электронам есть куда «идти». Дело в том, что попасть напрямую от электрода к другому мешает наличие «изоляции».

Шаг 3: Электролиз

Давайте рассмотрим процесс электролиза. Установка для его прохождения является сосудом, в котором имеется раствор или расплав электролита. В него опущено два электрода. Они подключены к источнику постоянного тока. Анод в этом случае – это электрод, который подключен к положительному полюсу. Здесь происходит окисление. Отрицательно заряженный электрод – это катод. Здесь протекает реакция восстановления.

Шаг 4: Напоследок

Поэтому при оперировании данными понятиями всегда необходимо учитывать, что анод не в 100% случаев используется для обозначения отрицательного электрода. Также катод периодически может лишаться своего положительного заряда. Всё зависит от того, какой процесс на электроде протекает: восстановительный или окислительный.

Заключение

Вот таким всё и является – не очень сложно, но не скажешь, что и просто. Мы рассмотрели гальванический элемент, анод и катод с точки зрения схемы, и сейчас проблем с соединением источников питания с наработками у вас быть не должно. И напоследок нужно оставить ещё немного ценной для вас информации. Всегда приходится учитывать разницу, которую имеет анода. Дело в том, что первый всегда будет немного большим. Это из-за того, что коэффициент полезного действия не работает с показателем в 100 % и часть зарядов рассеивается. Именно из-за этого можно увидеть, что аккумуляторы имеют ограничение на количество раз заряда и разряда.

Химические реакции, сопровождающиеся переносом электронов () делятся на два типа: реакции, протекающие самопроизвольно и реакции, протекающие при прохождении тока через раствор или расплав .

Раствор или расплав электролита помещают в специальную емкость — электролитическую ванну .

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц — ионов, электронов и др. под действием внешнего электрического поля. Электрическое поле в растворе или расплаве электролита создают электроды .

Электроды — это, как правило, стержни из материала, проводящего электрический ток. Их помещают в раствор или расплав электролита , и подключают к электрической цепи с источником питания.

При этом отрицательно заряженный электрод катод — притягивает положительно заряженные ионы — катионы . Положительно заряженный электрод (анод ) притягивает отрицательно заряженные частицы (анионы ). Катод выступает в качестве восстановителя, а анод — в качестве окислителя.

Различают электролиз с активными и инертными электродами. Активные (растворимые) электроды подвергаются химическим превращениям в процессе электролиза. Обычно их изготавливают из меди, никеля и других металлов. Инертные (нерастворимые) электроды химическим превращениям не подвергаются. Их изготавливают из неактивных металлов, например, платины , или графита .

Электролиз растворов

Различают электролиз раствора или расплава химического вещества. В растворе присутствует дополнительное химическое вещество — вода , которая может принимать участие в окислительно-восстановительных реакциях.

Катодные процессы

В растворе солей катод притягивает катионы металлов. Катионы металлов могут выступать в качестве окислителей . Окислительные способности ионов металлов различаются. Для оценки окислительно-восстановительных способностей металлов применяют электро-химический ряд напряжений :

Каждый металл характеризуется значением электрохимического потен-циала. Чем меньше потенциал , тем больше восстановительные свойства металла и тем меньше окислительные свойства соответствующего иона этого металла. Разным ионам соответствуют разные значения этого потенциала. Электрохимический потенциал — относительная величина. Электрохимический потенциал водорода принят равным нулю.

Также около катода находятся молекулы воды Н 2 О . В составе воды есть окислитель — ион H + .

При электролизе растворов солей на катоде наблюдаются следующие закономерности:

1. Если металл в соли — активный (до Al 3+ включительно в ряду напряжений ), то вместо металла на катоде восстанавливается (разряжается) водород , т.к. потенциал водорода намного больше. Протекает процесс восстановления молекулярного водорода из воды, при этом образуются ионы OH — , среда возле катода — щелочная:

2H 2 O +2ē → H 2 + 2OH —

Например , при электролизе раствора хлорида натрия на катоде будет вос-станавливаться только водород из воды.

2. Если металл в соли – средней активности (между Al 3+ и Н +) , то на катоде восстанавливается (разряжается ) и металл , и водород , так как потенциал таких металлов сравним с потенциалом водорода:

Me n+ + nē → Me 0

Например , при электролизе раствора сульфата железа (II) на катоде будет восстанавливаться (разряжаться ) и железо, и водород:

Fe 2+ + 2ē → Fe 0

2H + 2 O +2ē → H 2 0 + 2OH —

3. Если металл в соли — неактивный (после водорода в ряду стандартных электрохимических металлов) , то ион такого металла является более сильным окислителем, чем ион водорода, и на катоде восстанавливается только металл:

Me n+ + nē → Me 0

Например, при электролизе раствора сульфата меди (II) на катоде будет восстанавливаться медь:

Cu 2+ + 2ē → Cu 0

4. Если на катод попадают катионы водорода H + , то они и восстанавливаются до молекулярного водорода:

2H + + 2ē → H 2 0

Анодные процессы

Положительно заряженный анод притягивает анионы и молекулы воды. Анод – окислитель. В качестве восстановителей выступаю либо анионы кислотных остаток, либо молекулы воды (за счет кислорода в степени окисления -2: H 2 O -2 ).

При электролизе растворов солей на аноде наблюдаются следующие закономерности:

1. Если на анод попадает бескислородный кислотный остаток , то он окисляется до свободного состояния (до степени окисления 0):

неМе n- – nē = неМе 0

Например : при электролизе раствора хлорида натрия на аноде окисляют-ся хлорид-ионы:

2Cl — – 2ē = Cl 2 0

Действительно, если вспомнить Периодический закон: при увеличении электроотрицательности неметалла его восстановительные свойства уменьшаются . А кислород – второй по величине электроотрицательности элемент. Таким образом, проще окислить практически любой неметалл, а не кислород. Правда, есть одно исключение . Наверное, вы уже догадались. Конечно же, это фтор. Ведь электроотрицательность фтора больше, чем у кислорода. Таким образом, при электролизе растворов фторидов окисляться будут именно молекулы воды, а не фторид-ионы :

2H 2 O -2 – 4ē → O 2 0 + 4H +

2. Если на анод попадает кислородсодержащий кислотный остаток, либо фторид-ион , то окислению подвергается вода с выделением молекулярно-го кислорода:

2H 2 O -2 – 4ē → O 2 0 + 4H +

3. Если на анод попадает гидроксид-ион, то он окисляется и происходит выделение молекулярного кислорода:

4 O -2 H – – 4ē → O 2 0 + 2H 2 O

4. При электролизе растворов солей карбоновых кислот окислению под-вергается атом углерода карбоксильной группы, выделяется углекислый газ и соответствующий алкан.

Например , при электролизе растворов ацетатов выделяется углекислый газ и этан:

2CH 3 C +3 OO – – 2ē → 2C +4 O 2 + CH 3 -CH 3

Суммарные процессы электролиза

Рассмотрим электролиз растворов различных солей.

Например , электролиз раствора сульфата меди . На катоде восстанавли-ваются ионы меди:

Катод (–): Cu 2+ + 2ē → Cu 0

На аноде окисляются молекулы воды :

Анод (+): 2H 2 O -2 – 4ē → O 2 + 4H +

Сульфат-ионы в процессе не участвуют. Мы их запишем в итоговом урав-нении с ионами водорода в виде серной кислоты:

2 Cu 2+ SO 4 + 2H 2 O -2 → 2Cu 0 + 2H 2 SO 4 + O 2 0

Электролиз раствора хлорида натрия выглядит так:

На катоде восстанавливается водород :

Катод (–):

На аноде окисляются хлорид-ионы :

Анод (+): 2Cl – – 2ē → Cl 2 0

Ионы натрия в процессе электролиза не участвуют. Мы записываем их с гидроксид-анионами в суммарном уравнении электролиза раствора хло-рида натрия :

2H + 2 O +2NaCl – → H 2 0 + 2NaOH + Cl 2 0

Следующий пример карбоната калия.

На катоде восстанавливается водород из воды :

Катод (–): 2H + 2 O +2ē → H 2 0 + 2OH –

На аноде окисляются молекулы воды до молекулярного кислорода :

Анод (+): 2H 2 O -2 – 4ē → O 2 0 + 4H +

Таким образом, при

2H 2 + O -2 → 2H 2 0 + O 2 0

Еще один пример : электролиз водного раствора хлорида меди (II).

На катоде восстанавливается медь :

Катод (–): Cu 2+ + 2ē → Cu 0

На аноде окисляются хлорид-ионы до молекулярного хлора :

Анод (+): 2Cl – – 2ē → Cl 2 0

Таким образом, при электролизе раствора карбоната калия ионы калия и карбонат-ионы в процессе не участвуют. Происходит электролиз воды:

Cu 2+ Cl 2 – → Cu 0 + Cl 2 0

Еще несколько примеров: электролиз раствора гидроксида натрия.

На катоде восстанавливается водород из воды :

Катод (–): 2H + 2 O +2ē → H 2 0 + 2OH –

На аноде окисляются гидроксид-ионы до молекулярного кислорода :

Анод (+): 4 O -2 H – – 4ē → O 2 0 + 2H 2 O

Таким образом, при электролизе раствора гидроксида натрия происходит разложение воды, катионы натрия в процессе не участвуют:

2H 2 + O -2 → 2H 2 0 + O 2 0

Электролиз расплавов

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 0

На аноде окисляются анионы хлора :

Анод (+): 2Cl – – 2ē → Cl 2 0

расплава хлорида натрия :

2Na + Cl – → 2Na 0 + Cl 2 0

Еще один пример: электролиз расплава гидроксида натрия . На катоде восстанавливаются катионы натрия:

Катод (–): Na + + ē → Na 0

На аноде окисляются гидроксид-ионы :

Анод (+): 4OH – – 4ē → O 2 0 + 2H 2 O

Сумарное уравнение электролиза расплава гидроксида натрия :

4Na + OH – → 4Na 0 + O 2 0 + 2H 2 O

Многие металлы получают в промышленности электролизом расплавов.

Например , алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплаве криолита. Криолит – Na 3 плавится при более низкой температуре (1100 о С), чем оксид алюминия (2050 о С). А оксид алюминия отлично растворяется в расплавленном криолите.

В растворе криолите оксид алюминия диссоциирует на ионы:

Al 2 O 3 = Al 3+ + AlO 3 3-

На катоде восстанавливаются катионы алюминия:

Катод (–): Al 3+ + 3ē → Al 0

На аноде окисляются алюминат-ионы :

Анод (+): 4AlO 3 3 – – 12ē → 2Al 2 O 3 + 3O 2 0

Общее уравнение электролиза раствора оксида алюминия в расплаве криолита:

2Al 2 О 3 = 4Al 0 + 3О 2 0

В промышленности при электролизе оксида алюминия в качестве электродов используют графитовые стержни. При этом электроды частично окисляются (сгорают) в выделяющемся кислороде:

C 0 + О 2 0 = C +4 O 2 -2

Электролиз с растворимыми электродами

Если материал электродов выполнен из того же металла, который присут-ствует в растворе в виде соли, или из более активного металла, то на аноде разряжаются не молекулы воды или анионы, а окисляются частицы самого металла в составе электрода.

Например , рассмотрим электролиз раствора сульфата меди (II) с медными электродами.

На катоде разряжаются ионы меди из раствора:

Катод (–): Cu 2+ + 2ē → Cu 0

На аноде окисляются частицы меди из электрода :

Анод (+): Cu 0 – 2ē → Cu 2+

Среди терминов в электрике встречаются такие понятия как анод и катод. Это касается источников питания, гальваники, химии и физики. Термин встречается также в вакуумной и полупроводниковой электронике. Им обозначают выводы или контакты устройств и каким электрическим знаком они обладают. В этой статье мы расскажем, что это такое анод и катод, а также как определить где они находятся в электролизере, диоде и у батарейки, что из них плюс, а что минус.

Электрохимия и гальваника

В электрохимии есть два основных раздела:

Гальванические элементы – производство электричества за счет химической реакции. К таким элементам относятся батарейки и аккумуляторы. Их часто называют химическими источниками тока.
Электролиз – воздействие на химическую реакцию электроэнергией, простыми словами – с помощью источника питания запускается какая-то реакция.

Рассмотрим окислительно-восстановительную реакцию в гальваническом элементе, тогда какие процессы протекают на его электродах?

Анод – электрод на котором наблюдается окислительная реакция , то есть он отдаёт электроны . Электрод, на котором происходит окислительная реакция – называется восстановителем .
Катод – электрод на котором протекает восстановительная реакция , то есть он принимает электроны . Электрод, на котором происходит восстановительная реакция – называется окислителем .

Отсюда возникает вопрос – где плюс, а где минус у батарейки? Исходя из определения, у гальванического элемента анод отдаёт электроны .

Важно! В ГОСТ 15596-82 дано официальное определение названий выводов химических источников тока, если кратко, то плюс на катоде, а минус на аноде.

В данном случае рассматривается протекание электрического тока по проводнику внешней цепи от окислителя (катода) к восстановителю (аноду) . Так как электроны в цепи текут от минуса к плюсу, а электрический ток наоборот, тогда катод – это плюс, а анод – это минус.

Внимание: ток всегда втекает в анод!

Или то же самое на схеме:

Процесс электролиза или зарядки аккумулятора

Эти процессы похожи и обратны гальваническому элементу, поскольку здесь не энергия поступает за счет химической реакции, а наоборот – химическая реакция происходит за счет внешнего источника электричества.

В этом случае плюс источника питания всё также называется катодом, а минус анодом. Зато контакты заряжаемого гальванического элемента или электроды электролизера уже будут носить противоположные названия, давайте разберемся почему!

Важно! При разряде гальванического элемента анод – минус, катод – плюс, при зарядке наоборот.

Так как ток от плюсового вывода источника питания поступает на плюсовой вывод аккумулятора – последний уже не может быть катодом. Ссылаясь на вышесказанное можно сделать вывод, что в этом случае электроды аккумулятора при зарядке условно меняются местами.

Тогда через электрод заряжаемого гальванического элемента, в который втекает электрический ток, называют анодом. Получается, что при зарядке у аккумулятора плюс становится анодом, а минус катодом.

Процессы осаждения металлов в результате химической реакции под воздействием электрического тока (при электролизе) называют гальванотехникой. Таким образом мир получил посеребренные, золоченные, хромированные или покрытые другими металлами украшения и детали. Этот процесс используют как в декоративных, так и в прикладных целях – для улучшения стойкости к коррозии различных узлов и агрегатов механизмов.

Принцип действия установок для нанесения гальванического покрытия лежит в использовании растворов солей элементов, которыми будут покрывать деталь, в качестве электролита.

В гальванике анод также является электродом, к которому подключаются плюсовой вывод источника питания, соответственно катод в этом случае – это минус. При этом металл осаждается (восстанавливается) на минусовом электроде (реакция восстановления). То есть если вы хотите сделать позолоченное кольцо своими руками – подключите к нему минусовой вывод блока питания и поместите в ёмкость с соответствующим раствором.

В электронике

Электроды или ножки полупроводниковых и вакуумных электронных приборов тоже часто называют анодом и катодом. Рассмотрим условное графическое обозначение полупроводникового диода на схеме:

Как мы видим, анод у диода подключается к плюсу батареи. Он так называется по той же причине – в этот вывод у диода в любом случае втекает ток. На реальном элементе на катоде есть маркировка в виде полосы или точки.

У светодиода аналогично. На 5 мм светодиодах внутренности видны через колбу. Та половина, что больше — это катод.

Также обстоит ситуация и с тиристором, назначение выводов и «однополярное» применение этих трёхногих компонентов делают его управляемым диодом:

У вакуумного диода анод тоже подключается к плюсу, а катод к минусу, что изображено на схеме ниже. Хотя при приложении обратного напряжения – названия этих элементов не изменятся, несмотря на протекание электрического тока в обратном направлении, пусть и незначительного.

С пассивными элементами, такими как конденсаторы и резисторы дело обстоит иначе. У резистора не выделяют отдельно катод и анод, ток в нём может протекать в любом направлении. Вы можете дать любые названия его выводам, в зависимости от ситуации и рассматриваемой схемы. У обычных неполярных конденсаторов также. Реже такое разделение по названиям контактов наблюдается в электролитических конденсаторах.

Заключение

Итак, подведем итоги, ответив на вопрос: как запомнить где плюс, где минус у катода с анодом? Есть удобное мнемоническое правило для электролиза, заряда аккумуляторов, гальваники и полупроводниковых приборов. У этих слов с аналогичными названиями одинаковое количество букв, что проиллюстрировано ниже:

Во всех перечисленных случаях ток вытекает из катода, а втекает в анод.

Пусть вас не собьёт с толку путаница: «почему у аккумулятора катод положительный, а когда его заряжают – он становится отрицательным?». Помните у всех элементов электроники, а также электролизеров и в гальванике – в общем у всех потребителей энергии анодом называют вывод, подключаемый к плюсу. На этом отличия заканчиваются, теперь вам проще разобраться что плюс, что минус между выводами элементов и устройств.

Теперь вы знаете, что такое анод и катод, а также как запомнить их достаточно быстро. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!

Материалы

Электролиз, подготовка к ЕГЭ по химии

Электролиз (греч. elektron – янтарь + lysis — разложение) – химическая реакция, происходящая при прохождении постоянного тока через электролит. Это разложение веществ на их составные части под действием электрического тока.

Процесс электролиза заключается в перемещении катионов (положительно заряженных ионов) к катоду (заряжен отрицательно), и отрицательно заряженных ионов (анионов) к аноду (заряжен положительно).

Итак, анионы и катионы устремляются соответственно к аноду и катоду. Здесь и происходит химическая реакция. Чтобы успешно решать задания по этой теме и писать реакции, необходимо разделять процессы на катоде и аноде. Именно так и будет построена эта статья.

Катод

К катоду притягиваются катионы – положительно заряженные ионы: Na⁺, K⁺, Cu²⁺, Fe³⁺, Ag⁺ и т. д.

Чтобы установить, какая реакция идет на катоде, прежде всего, нужно определиться с активностью металла: его положением в электрохимическом ряду напряжений металлов.

Если на катоде появился активный металл (Li, Na, K) то вместо него восстанавливаются молекулы воды, из которых выделяется водород. Если металл средней активности (Cr, Fe, Cd) – на катоде выделяется и водород, и сам металл. Малоактивные металлы выделяются на катоде в чистом виде (Cu, Ag).

Замечу, что границей между металлами активными и средней активности в ряду напряжений считается алюминий. При электролизе на катоде металлы до алюминия (включительно!) не восстанавливаются, вместо них восстанавливаются молекулы воды – выделяется водород.

В случае, если на катод поступают ионы водорода – H⁺ (например при электролизе кислот HCl, H₂SO₄) восстанавливается водород из молекул кислоты: 2H⁺ – 2e = H₂

Анод

К аноду притягиваются анионы – отрицательно заряженные ионы: SO₄^2-, PO₄^3-, Cl^–, Br^–, I^–, F^–, S^2-, CH₃COO^–.

При электролизе кислородсодержащих анионов: SO₄^2-, PO₄^3- – на аноде окисляются не анионы, а молекулы воды, из которых выделяется кислород.

Бескислородные анионы окисляются и выделяют соответствующие галогены. Сульфид-ион при оксилении окислении серу. Исключением является фтор – если он попадает анод, то разряжается молекула воды и выделяется кислород. Фтор – самый электроотрицательный элемент, поэтому и является исключением.

Анионы органических кислот окисляются особым образом: радикал, примыкающий к карбоксильной группе, удваивается, а сама карбоксильная группа (COO) превращается в углекислый газ – CO₂.

Примеры решения

В процессе тренировки вам могут попадаться металлы, которые пропущены в ряду активности. На этапе обучения вы можете пользоваться расширенным рядом активности металлов.

Теперь вы точно будете знать, что выделяется на катоде ;-)

Итак, потренируемся. Выясним, что образуется на катоде и аноде при электролизе растворов AgCl, Cu(NO₃)₂, AlBr₃, NaF, FeI₂, CH₃COOLi.

Иногда в заданиях требуется записать реакцию электролиза. Сообщаю: если вы понимаете, что образуется на катоде, а что на аноде, то написать реакцию не составляет никакого труда. Возьмем, например, электролиз NaCl и запишем реакцию:

NaCl + H₂O → H₂ + Cl₂ + NaOH (обычно в продуктах оставляют именно запись “NaOH”, не подвергая его дальнейшему электролизу)

Натрий – активный металл, поэтому на катоде выделяется водород. Анион не содержит кислорода, выделяется галоген – хлор. Мы пишем уравнение, так что не можем заставить натрий испариться бесследно 🙂 Натрий вступает в реакцию с водой, образуется NaOH.

Запишем реакцию электролиза для CuSO₄:

CuSO₄ + H₂O → Cu + O₂ + H₂SO₄

Медь относится к малоактивным металлам, поэтому сама в чистом виде выделяется на катоде. Анион кислородсодержащий, поэтому в реакции выделяется кислород. Сульфат-ион никуда не исчезает, он соединяется с водородом воды и превращается в серую кислоту.

Электролиз расплавов

Все, что мы обсуждали до этого момента, касалось электролиза растворов, где растворителем является вода.

Перед промышленной химией стоит важная задача – получить металлы (вещества) в чистом виде. Малоактивные металлы (Ag, Cu) можно легко получать методом электролиза растворов.

Но как быть с активными металлами: Na, K, Li? Ведь при электролизе их растворов они не выделяются на катоде в чистом виде, вместо них восстанавливаются молекулы воды и выделяется водород. Тут нам как раз пригодятся расплавы, которые не содержат воды.

В безводных расплавах реакции записываются еще проще: вещества распадаются на составные части:

AlCl₃ → Al + Cl₂

LiBr → Li + Br₂

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Что такое анод и катод? / химия | Thpanorama

анод и катод это типы электродов, которые находятся в электрохимических ячейках. Это устройства, способные вырабатывать электрическую энергию посредством химической реакции. Наиболее используемыми электрохимическими элементами являются батареи.

Существует два типа электрохимических элементов: электролитические и гальванические или гальванические. В электролизерах химическая реакция, которая производит энергию, не происходит самопроизвольно, но электрический ток превращается в химическую реакцию окисления-восстановления.

Гальваническая ячейка состоит из двух половинных ячеек. Они связаны двумя элементами: металлическим проводником и соляным мостиком..

Электрический проводник, как видно из его названия, проводит электричество, потому что у него очень мало сопротивления движению электрического заряда. Лучшие водители обычно металлы.

Солевой мостик представляет собой трубу, которая соединяет две половинки ячейки, сохраняя при этом электрический контакт, и не позволяя компонентам каждой ячейки соединяться. Каждая полуэлемента гальванической ячейки содержит электрод и электролит..

Когда происходит химическая реакция, одна из полуэлементов теряет электроны на своем электроде в процессе окисления; в то время как другой получает электроны для своего электрода, через процесс восстановления.

Процессы окисления происходят на аноде, а процессы восстановления – на катоде.

Определение анода и катода

анод

Название анода происходит от греческого ανά (aná): вверх, и δδ (odós): путь. Фарадей был тем, кто придумал этот термин в 19 веке.

Лучшее определение анода – это электрод, который теряет электроны в реакции окисления. Обычно это связано с положительным полюсом прохождения электрического тока, но это не всегда так.

Хотя в батареях анод является положительным полюсом, в светодиодных лампах он противоположен, а анод является отрицательным полюсом.

Обычно направление электрического тока определяется, оценивая его как чувство свободных зарядов, но если проводник не металлический, то положительные заряды, которые образуются, передаются на внешний проводник..

Это движение подразумевает, что у нас есть положительные и отрицательные заряды, которые движутся в противоположных направлениях, поэтому говорят, что направление тока – это путь положительных зарядов катионов, находящихся в аноде, к отрицательному заряду анодов. найдено в катоде.

В гальванических элементах, имеющих металлический проводник, ток, генерируемый в реакции, следует по пути от положительного полюса к отрицательному.

Но в электролизерах, не имеющих металлический проводник, а электролит, можно обнаружить ионы с положительным и отрицательным зарядом, которые движутся в противоположных направлениях..

Термоэлектронные аноды получают большую часть электронов, которые поступают с катода, нагревают анод и должны найти способ рассеивания. Это тепло генерируется в напряжении, которое возникает между электронами.

Специальные аноды

Существует особый тип анодов, например, внутри рентгеновских лучей. В этих трубках энергия, производимая электронами, помимо рентгеновских лучей, генерирует большую энергию, которая нагревает анод..

Это тепло происходит при различном напряжении между двумя электродами, и это оказывает давление на электроны. Когда электроны движутся в электрическом токе, они попадают на анод, передавая его тепло.

катод

Катод – это электрод с отрицательным зарядом, который в химической реакции подвергается реакции восстановления, где его состояние окисления уменьшается, когда он получает электроны..

Как и в случае с анодом, именно Фарадей предложил термин «катод», который происходит от греческого κατά [catá]: «вниз» и ὁδός [odós]: «camino». На этом электроде с течением времени ему был приписан отрицательный заряд.

Этот подход был ложным, поскольку в зависимости от устройства, в котором он находится, он имеет нагрузку или другой.

Эта связь с отрицательным полюсом, как и с анодом, возникает из предположения, что ток течет от положительного полюса к отрицательному полюсу. Это возникает внутри гальванического элемента.

Внутри электролизеров средства передачи энергии, находящиеся не в металле, а в электролите, могут сосуществовать с отрицательными и положительными ионами, которые движутся в противоположных направлениях. Но по договоренности говорят, что ток идет от анода к катоду.

Специальные катоды

Одним типом конкретных катодов являются термоэлектронные катоды. В них катод испускает электроны под действием тепла.

В термоэлектронных клапанах катод может нагреваться, циркулируя ток нагрева в нити, которая связана с ним.

Реакция баланса

Если мы возьмем гальваническую ячейку, которая является наиболее распространенной электрохимической ячейкой, мы можем сформулировать равновесную реакцию, которая генерируется.

Каждая полуэлемента, которая составляет гальванический элемент, имеет характерное напряжение, известное как потенциал восстановления. В каждой половине клетки происходит реакция окисления между различными ионами.

Когда эта реакция достигает баланса, клетка не может обеспечить больше напряжения. В это время окисление, происходящее в полуклетке того момента, будет иметь положительное значение, чем ближе вы находитесь к балансу. Потенциал реакции будет тем больше, чем больше достигается равновесие.

Когда анод находится в равновесии, он начинает терять электроны, которые проходят через проводник к катоду.

На катоде происходит реакция восстановления, чем дальше она находится от более потенциального равновесия, то реакция будет проходить по мере того, как она происходит, и забирать электроны, поступающие с анода.

ссылки

Хьюи, Джеймс Э. и др..Неорганическая химия: принципы строения и реакционная способность. Пирсон Образование Индия, 2006.
SIENKO, Michell J.; РОБЕРТ, А.Химия: принципы и свойства. Нью-Йорк, США: McGraw-Hill, 1966.
Брэйди, Джеймс Е. Общая химия: принципы и структура. Вилли, 1990.
PETRUCCI, Ральф Х. и др..Общая химия. Межамериканский образовательный фонд, 1977.
МАСТЕРТОН, Уильям Л .; ХЕРЛИ, Сесиль Н.Химия: принципы и реакции. Cengage Learning, 2015.
BABOR, Иосиф А.; BABOR, Хосе Иосиф А.; АЗНАРЕЗ, Хосе Ибарц.Современная общая химия: введение в физическую химию и превосходную описательную химию (неорганическую, органическую и биохимическую). Марин, 1979.
ШАРЛО, Гастон; ТРЕМИЛЛОН, Бернард; БАДОЗ-ЛАМБЛИНГ, J. Электрохимические реакции. Торе-Массон, 1969.

Анод и катод – что это и как правильно определить? Что такое анод и катод — простое объяснение

Автор больше всего боится, что неискушённый читатель далее заголовка читать не станет. Он считает, что определение терминов анод и катод известно каждому грамотному человеку, который, разгадывая кроссворд, на вопрос о наименовании положительного электрода сразу пишет слово анод и по клеточкам всё сходится. Но не так много можно найти вещей страшнее полузнания.

Недавно в поисковой системе Google в разделе «Вопросы и ответы» я нашел даже правило, с помощью которого его авторы предлагают запомнить определение электродов. Вот оно:

«Катод – отрицательный электрод, анод – положительный . А запомнить это проще всего, если посчитать буквы в словах. В катоде столько же букв, сколько в слове «минус», а в аноде соответственно столько же, сколько в термине «плюс».

Правило простое, запоминаемое, надо было бы его предложить школьникам, если бы оно было правильным. Хотя стремление педагогов вложить знания в головы учащихся с помощью мнемоники (наука о запоминании) весьма похвально. Но вернемся к нашим электродам.

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 ». (Фарадей. Подчеркнуто нами. БХ)

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.

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).

Литература:

1. Михаил Фарадей. Экспериментальные исследования по электричеству. Том 1. Изд-во АН СССР, М. 1947. с.266-268.

2. Б.Г.Хасапов. Как определять термины «анод» и «катод». ВНИИКИ. Научно-техническая терминология. Реферативный сборник №6, Москва, 1989, с.17-20.

m.katod-anod.ru

Назначение диода, анод диода, катод диода, как проверить диод мультиметром

Назначение диода – проводить электрический ток 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 обозначениедиода 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 источника питания, 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 источнику переменного напряжения, 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.

Как проверить диод мультиметром

Как проверить диод мультиметром или тестером – такой вопрос встаёт тогда, когда есть подозрение, что диод неисправен. Но, ответ на этот вопрос даёт ещё один ответ, где у диода анод, а где катод. Т.е. если мы изначально не знаем цоколёвку диода, то просто ставим мультиметр или тестер на прозвонку диодов (или на измерение сопротивления) и по очереди прозваниваем диод в обоих направлениях. Если диод исправен, наш прибор будет показывать прохождение тока только в одном из вариантов. Если диод пропускает ток в обоих вариантах – диод пробит. Если он не пропускает ни в каком варианте, диод перегорел и также неисправен. В случае исправного диода, когда он проводит ток, смотрим на клеммы прибора, тот вывод диода, что подключен к положительному выводу тестера, является анодом диода, а тот, что к отрицательному – катодом диода. Проверка диодов очень похожа на проверку транзисторов.

katod-anod.ru

Определяем полярность светодиода. Где плюс и минус у LED

Любой любитель самоделок и электроники используют диоды в качестве индикаторов, или в качестве световых эффектов и освещения. Чтобы Led прибор светился, нужно его правильно подключить. Вам уже известно, что диод проводит ток только в одну сторону. Поэтому прежде чем паять, нужно определить где анод и катод у светодиода.

Вы можете встретить два обозначения LED на принципиальной электрической схеме.

Треугольная половина обозначения – анод, а вертикальная линия – катод. Две стрелки обозначают то, что диод излучает свет. Итак, на схеме указывается анод и катод диода, как найти его на реальном элементе?

Цоколевка 5мм диодов

Чтобы подключить диоды как на схеме нужно определиться где у светодиода плюс и минус. Для начала рассмотрим на примере распространённых маломощных 5 мм диодов.

На рисунке выше изображен: А – анод, К – катод и схематическое обозначение.

Обратите внимание на колбу. В ней видно две детали – это небольшой металлический анод, и широкая деталь похожая на чашу – это катод. Плюс подключается к аноду, а минус к катоду.

Если вы используете новые LED элементы, вам еще проще определить их цоколевку. Определить полярность светодиода поможет длина ножек. Производители делают короткую и длинную ножку. Плюс всегда длиннее минуса!

Если вы паяете не новый диод, тогда плюс и минус у него одинаковой длины. В таком случае определить плюс и минус поможет тестер или простой мультиметр.

Как определить анод и катод у диодов 1Вт и более

В фонариках и прожекторах 5мм образцы используются всё реже, на их смену пришли мощные элементы мощностью от 1 ватта или SMD. Чтобы понять где плюс и минус на мощном светодиоде, нужно внимательно посмотреть на элемент со всех сторон.

Самые распространённые модели в таком корпусе имеют мощность от 0,5 ватт. На рисунке красным обведена пометка о полярности. В данном случае значком «плюс» помечен анод у светодиода 1Вт.

Как узнать полярность SMD?

SMD активно применяются практических в любой технике:

Лампочки;
светодиодные ленты;
фонарики;
индикация чего-либо.

Их внутренностей разглядеть не получится, поэтому нужно либо использовать приборы для проверки, либо полагаться на корпус светодиода.

Например, на корпусе SMD 5050 есть метка на углу в виде среза. Все выводы, расположенные со стороны метки – это катоды. В его корпусе расположено три кристалла, это нужно для достижения высокой яркости свечения.

Подобное обозначение у SMD 3528 тоже указывает на катод, взгляните на эту фотографию светодиодной ленты.

Маркировка выводов SMD 5630 аналогична – срез указывает на катод. Его можно распознать еще и по тому, что теплоотвод на нижней части корпуса смещён к аноду.

Как определить плюс на маленьком SMD?

В отдельных случаях (SMD 1206) можно встретить еще один способ обозначения полярности светодиодов: с помощью треугольника, П-образной или Т-образной пиктограммы на поверхности диода.

Выступ или сторона, на которую указывает треугольник, является направлением протекания тока, а вывод расположенный там – катодом.

Определяем полярность мультиметром

При замене диодов на новые, вы можете определить плюс и минус питания вашего прибора по плате.

Светодиоды в прожекторах и лампах обычно распаяны на алюминиевой пластине, поверх которой нанесён диэлектрик и токоведущие дорожки. Сверху она обычно имеет белое покрытие, на нём часто указана информация о характеристиках источника питания, иногда и распиновка.

Но как узнать полярность светодиода в лампочке или матрице если на плате нет сведений?

Например, на этой плате указаны полюса каждого из светодиодов и их наименование – 5630.

Чтобы проверить на исправность и определить плюс и минус светодиода воспользуемся мультиметром. Черный щуп подключаем в минус, com или гнездо со знаком заземления. Обозначение может отличаться в зависимости от модели мультиметра.

Далее выбираем режим Омметра или режим проверки диодов. Затем подключаем поочередно щупы мультиметра к выводам диода сначала в одном порядке, а потом наоборот. Когда на экране появятся хоть какие-то значения, или диод загорится – значит полярность правильная. На режиме проверки диодов значения равны 500-1200мВ.

В режиме измерения значения будут подобными тем, что на рисунке. Единица в крайнем левом разряде обозначает превышение предела, либо бесконечность.

Другие способы определения полярности

Самый простой вариант для определения где плюс у светодиода – это батарейки с материнской платы, типоразмера CR2032.

Её напряжение порядка 3-х вольт, чего вполне хватит чтобы зажечь диод. Подключите светодиод, в зависимости от его свечения вы определите расположение его выводов. Таким образом можно проверить любой диод. Однако это не очень удобно.

Можно собрать простейший пробник для светодиодов, и не только определять их полярность, но и рабочее напряжение.

Схема самодельного пробника

При правильном подключении светодиода через него будет протекать ток порядка 5-6 миллиампер, что безопасно для любого светодиода. Вольтметр покажет падение напряжения на светодиоде при таком токе. Если полярность светодиода и пробника совпадёт – он засветится, и вы определите цоколевку.

Знать рабочее напряжение нужно, так как оно отличается в зависимости от типа светодиода и его цвета (красный берет на себя менее 2-х вольт).

И последний способ изображен на фото ниже.

Включите на тестере режим Hfe, вставьте светодиод в разъём для проверки транзисторов, в область помеченной как PNP, в отверстия E и C, длинной ножкой в E. Так можно проверить работоспособность светодиода и его распиновку.

Если светодиод выполнен в другом виде, например, smd 5050, вы можете воспользоваться этим способом просто – вставьте в E и C обычные швейные иглы, и прикоснитесь к ним контактами светодиода.

Любому любителю электроники, да и самоделок вообще нужно знать, как определить полярность светодиода и способы их проверки.

Будьте внимательны при выборе элементов вашей схемы. В лучшем случае они просто быстрее выйдут из строя, а в худшем – мгновенно вспыхнут синем пламенем.

svetodiodinfo.ru

Обозначение светодиодов и других диодов на схеме

Название диод переводится как «двухэлектродный». Исторически электроника берёт своё начало от электровакуумных приборов. Дело в том, что лампы, которые многие помнят из старых телевизоров и приёмников, носили названия типа диод, триод, пентод и т.д.

Название заключало в себе количество электродов или ножек прибора. Полупроводниковые диоды были изобретены в начале прошлого века. Их использовали для детектирования радиосигнала.

Главное свойство диода – характеристики проводимости, зависящие от полюсовки приложенного к выводам напряжения. Обозначение диода указывает нам на проводящее направление. Движение тока совпадает со стрелкой на УГО диода.

УГО – условное графическое обозначение. Иначе говоря, это значок, которым обозначается элемент на схеме. Давайте разберем как отличать обозначение светодиода на схеме от других подобных элементов.

Диоды, какие они бывают?

Кроме отдельных выпрямительных диодов их группируют по области применения в один корпус.

Обозначение диодного моста

Например, так изображается диодный мост для выпрямления однофазного напряжения переменного тока. А ниже внешний вид диодных мостов и сборок.

Другим видом выпрямительного прибора является диод Шоттки – предназначен для работы в высокочастотных цепях. Выпускается как в дискретном виде, так и в сборках. Их часто можно встретить в импульсных блоках питания, например БП для персонального компьютера AT или ATX.

Обычно на сборках Шоттки на корпусе указывается его цоколевка и внутренняя схема включения.

Специфичные диоды

Выпрямительный диод мы уже рассмотрели, давайте взглянем на диод Зенера, который в отечественной литературе называют – стабилитрон.

Обозначение стабилитрона (диод Зенера)

Внешне он выглядит как обычный диод – черный цилиндр с меткой на одной из сторон. Часто встречается в маломощном исполнении – небольшой стеклянный цилиндр красного цвета с черной меткой на катоде.

Обладает важным свойством – стабилизация напряжения, поэтому включается параллельно нагрузке в обратном направлении, т.е. к катоду подключается плюс питания, а анод к минусу.

Следующий прибор – варикап, принцип его действия основан на изменении величины барьерной емкости, в зависимости от величины приложенного напряжения. Используется в приемниках и в цепях, где нужно производить операции с частотой сигнала. Обозначается как диод, совмещенный с конденсатором.

Варикап – обозначение на схеме и внешний вид

Динистор – обозначение которого выглядит как диод, перечеркнутый поперек. По сути так и есть – он из себя представляет 3-х переходный, 4-х слойный полупроводниковый прибор. Благодаря своей структуре обладает свойством пропускать ток, при преодолении определенного барьера напряжения.

Например, динисторы на 30В или около того часто используются в лампах «энергосберегайках», для запуска автогенератора и других блоках питания, построенных по такой схеме.

Обозначение динистора

Светодиоды и оптоэлектроника

Раз диод излучает свет, значит обозначение светодиода должно быть с указанием этой особенности, поэтому к обычному диоду добавили две исходящие стрелки.

В реальности есть много разных способов определить полярность, подробнее об этом есть целая статья. Ниже, для примера, распиновка зеленого светодиода.

Обычно у светодиода маркировка выводов выполняется либо меткой, либо ножками разной длины. Короткая ножка – это минус.

Фотодиод, прибор обратный по своему действию от светодиода. Он изменяет состояние своей проводимости в зависимости от количества света, попадающего на его поверхность. Его обозначение:

Такие приборы используются в телевизорах, магнитофонах и прочей аппаратуре, которая управляется пультом дистанционного управления в инфракрасном спектре. Такой прибор можно сделать, спилив корпус обычного транзистора.

Часто применяется в датчиках освещенности, на устройствах автоматического включения и выключения осветительных цепей, например таких:

Оптоэлектроника – область которая получила широкое распространения в передаче данных и устройствах связи и управления. Благодаря своему быстродействию и возможности осуществить гальваническую развязку, она обеспечивает безопасность для питаемых устройств в случае возникновения высоковольтного скачка на первичной стороне. Однако не в таком виде как указано, а в виде оптопары.

В нижней части схемы вы видите оптопару. Включение светодиода здесь происходит замыканием силовой цепи с помощью оптотранзистора в цепи светодиода. Когда вы замыкаете ключ, ток идёт через светодиод в оптопаре, в нижнем квадрате слева. Он засвечивается и транзистор, под действием светового потока, начинает пропускать ток через светодиод LED1, помеченный зеленым цветом.

Такое же применение используется в цепях обратной связи по току или напряжению (для их стабилизации) многих блоков питания. Сфера применения начинается от зарядных устройств мобильных телефонов и блоков питания светодиодных лент, до мощных питающих систем.

Диодов существует великое множество, некоторые из них похожи по своим характеристикам, некоторые имеют совершенно необычные свойства и применения, их объединяет наличие всего лишь двух функциональных выводов.

Вы можете встретить эти элементы в любой электрической схеме, нельзя недооценивать их важность и характеристики. Правильный подбор диода в цепи снаббера, например, может значительно повлиять на КПД и тепловыделение на силовых ключах, соответственно на долговечность блока питания.

Если вам было что-нибудь непонятно – оставляйте комментарии и задавайте вопросы, в следующих статьях мы обязательно раскроем все непонятные вопросы и интересные моменты!

svetodiodinfo.ru

Как проверить диод мультиметром – Практическая электроника

В радиоэлектронике в основном применяются два типа диодов – это просто диоды, а также есть и светодиоды. Есть также стабилитроны, диодные сборки, стабисторы и тд. Но я их не отношу к какому то определенному классу.

На фото ниже у нас простой диод и светодиод.

Диод состоит из P-N перехода, поэтому весь прикол в проверке диода в том, что он пропускает ток только в одном направлении, а в другом не пропускает. Если это условие выполняется, то можно дать диагноз диоду – асболютно здоров. Берем наш известный мультик и крутилку ставим на значок проверки диодов. Подробнее об этом и других значках я говорил в статье Как измерить ток и напряжение мультиметром?.

Хотелось бы добавить пару слов о диоде. Диод, как и резистор, имеет два конца. И называются они по особенному – катод и анод. Если на анод подать плюс, а на катод минус, то ток через него спокойно потечет, а если на катод подать плюс, а на анод минус – ток НЕ потечет.

Проверяем первый диод. Один щуп мультиметра ставим на один конец диода, другой щуп на другой конец диода.

Как мы видим, мультиметр показал напряжение в 436 миллиВольт. Значит, конец диода, который касается красный щуп – это анод, а другой конец – катод. 436 миллиВольт – это падение напряжения на прямом переходе диода. По моим наблюдениям, это напряжение может быть от 400 и до 700 миллиВольт для кремниевых диодов, а для германиевых от 200 и до 400 миллиВольт. Далее меняем выводы диода местами.

Единичка на мультиметре означает, что сейчас электрический ток не течет через диод. Следовательно, наш диод вполне рабочий.

А как же проверить светодиод? Да точно также! Светодиод – это точно тот же самый простой диод, но фишка его в том, что он светится, когда на его анод подают плюс, а на катод – минус.

Смотрите, он маленько светится! Значит вывод светодиодика, на котором красный щуп – это анод, а вывод на котором черный щуп – катод. Мультиметр показал падение напряжения 1130 миллиВольт. Это нормально. Оно также может изменяться, в зависимости от «модели» светодиода.

Меняем щупы местами. Светодиодик не загорелся.

Выносим вердикт – вполне работоспособный светодиод!

А как же проверить диодные сборки, диодные мосты и стабилитроны? Диодные сборки – это соединение нескольких диодов, в основном 4 или 6. Находим схемку диодной сборки, и тыкаем щупами мультика по выводам этой самой диодной сборки и смотрим на показания мультика. Стабилитроны проверяются точно также, как и диоды.

www.ruselectronic.com

Маркировка диодов: таблица обозначений

Содержание:

Маркировка импортных диодов
Маркировка диодов анод катод

Стандартная конструкция полупроводникового диода выполнена в виде полупроводникового прибора. В нем имеется два вывода и один выпрямляющий электрический переход. В работе прибора использованы различные свойства, связанные с электрическими переходами. Вся система соединена в едином корпусе из пластмассы, стекла, металла или керамики. Часть кристалла с более высокой концентрацией примесей носит название эмиттера, а область, имеющая низкую концентрацию, называется базой. Маркировка диодов и схема обозначений применяются в соответствии с их индивидуальными свойствами, конструктивными особенностями и техническими характеристиками.

Характеристики и параметры диодов

В зависимости от применяемого материала, диоды могут быть выполнены из кремния или германия. Кроме того, для их изготовления используется фосфид индия и арсенид галлия. Диоды из германия обладают более высоким коэффициентом передачи, по сравнению с кремниевыми изделиями. У них большая проводимость при сравнительно невысоком напряжении. Поэтому, они широко используются в производстве транзисторных приемников.

В соответствии с технологическими признаками и конструкциями, диоды различаются как плоскостные или точечные, импульсные, универсальные или выпрямительные. Среди них следует отметить отдельную группу, куда входят светодиоды, фотодиоды и тиристоры. Все перечисленные признаки дают возможность определить диод по внешнему виду.

Характеристики диодов определяются такими параметрами, как прямые и обратные токи и напряжения, диапазоны температур, максимальное обратное напряжение и другие значения. В зависимости от этого, производится нанесение соответствующих обозначений.

Обозначения и цветовая маркировка диодов

Современные обозначения диодов соответствуют новым стандартам. Они разделяются на группы, в зависимости от предельной частоты, при которой происходит усиление передачи тока. Поэтому, диоды бывают низкой, средней, высокой и сверхвысокой частоты. Кроме того, у них различная рассеиваемая мощность: малая, средняя и большая.

Маркировка диодов представляет собой краткое условное обозначение элемента в графическом исполнении с учетом параметров и технических особенностей проводника. Материал, из которого изготовлен полупроводник, имеет обозначение на корпусе соответствующими буквенными символами. Эти обозначения проставляются вместе с назначением, типом, электрическими свойствами прибора и его условным обозначением. Это помогает, в дальнейшем, правильно подключить диод в электронную схему устройства.

Выводы анода и катода обозначаются стрелкой или знаками плюс или минус. Цветовые коды и метки в виде точек или полосок, наносятся возле анода. Все обозначения и цветовая маркировка позволяют быстро определить тип устройства и правильно использовать его в различных схемах. Подробная расшифровка данной символики приводится в справочных таблицах, которые широко используются специалистами в области электроники.

Маркировка импортных диодов

В настоящее время широко используются SMD-диоды зарубежного производства. Конструкция элементов выполнена в виде платы, на поверхности которой закреплен чип. Слишком маленькие размеры изделия не позволяют нанести на него маркировку. На более крупных элементах обозначения присутствуют в полном или сокращенном варианте.

В электронике SMD-диоды составляют около 80% всех используемых изделий этого типа. Такое разнообразие деталей заставляет внимательнее относиться к обозначениям. Иногда они могут не совпадать с заявленными техническими характеристиками, поэтому желательно провести дополнительную проверку сомнительных элементов, если они планируются к использованию в сложных и точных схемах. Следует учитывать, что маркировка диодов этого типа может быть разной на совершенно одинаковых корпусах. Иногда присутствует только буквенная символика, без каких-либо цифр. В связи с этим рекомендуется использовать таблицы с типоразмерами диодов от разных производителей.

Для SMD-диодов чаще всего используется тип корпуса SOD123. На один из торцов может наноситься цветная полоса или тиснение, что означает катод с отрицательной полярностью для открытия р-п-перехода. Единственная надпись соответствует обозначению корпуса.

Тип корпуса не играет решающей роли при использовании диода. Одной из основных характеристик является рассеивание некоторого количества тепла с поверхности элемента. Кроме того, учитываются значения рабочего и обратного напряжения, величина максимально допустимого тока через р-п-переход, мощность рассеивания и другие параметры. Все эти данные указаны в справочниках, а маркировка лишь ускоряет поиск нужного элемента.

По внешнему виду корпуса не всегда удается определить производителя. Для поиска нужного изделия существуют специальные поисковики, в которые нужно ввести цифры и буквы в определенной последовательности. В некоторых случаях диодные сборки вообще не несут какой-либо информации, поэтому в таких случаях сможет помочь только справочник. Подобные упрощения, делающие обозначение диода очень коротким, объясняются крайне ограниченным пространством для нанесения маркировки. При использовании трафаретной или лазерной печати удается разместить 8 символов на 4 мм2.

Стоит учесть и тот факт, что одним и тем же буквенно-цифровым кодом могут обозначаться совершенно разные элементы. В таких случаях анализируется вся электрическая схема.

Иногда в маркировке указывается дата выпуска и номер партии. Подобные отметки наносятся для возможности отслеживания более современных модификаций изделий. Выпускается соответствующая корректирующая документация с номером и датой. Это позволяет более точно установить технические характеристики элементов при сборке наиболее ответственных схем. Применяя старые детали для новых чертежей, можно не получить ожидаемого результата, готовое изделие в большинстве случаев просто отказывается работать.

Маркировка диодов анод катод

Каждый диод, как и резистор, оборудован двумя выводами – анодом и катодом. Эти названия не следует путать с плюсом и минусом, которые означают совершенно другие параметры.

Тем не менее, очень часто требуется определить точное соответствие каждого диодного вывода. Существует два способа определения анода и катода:

Катод маркируется полоской, которая заметно отличается от общего цвета корпуса.
Второй вариант предполагает проверку диода мультиметром. В результате, не только устанавливается местонахождение анода и катода, но и проверяется работоспособность всего элемента.

electric-220.ru

ДИОДЫ

Диод является двух электродным полупроводниковым прибором. Это соответственно Анод (+) или положительный электрод и Катод (-) или отрицательный электрод. Принято говорить, что диод имеет (p) и (n) области, они соединены с выводами диода. Вместе они образуют p-n переход. Разберем подробнее, что же такое этот p-n переход. Полупроводниковый диод представляет собой очищенный кристалл кремния или германия, в котором в область (p) введена акцепторная примесь, а в область (n) введена донорная примесь. В качестве донорной примеси могут выступать ионы Мышьяка, а в качестве акцепторной примеси ионы Индия. Основное свойство диода, это возможность пропускать ток только в одну сторону. Рассмотрим приведенный ниже рисунок:

На этом рисунке видно, что если диод включить Анодом к плюсу питания и Катодом к минусу питания, то диод находится в открытом состоянии и проводит ток, так как его сопротивление незначительно. Если диод включен Анодом к минусу, а Катодом к плюсу, то сопротивление диода будет очень большим, и тока в цепи практически не будет, вернее он будет, но настолько маленьким, что им можно пренебречь.

Подробнее можно узнать, посмотрев следующий график, Вольт-Амперную характеристику диода:

В прямом включении, как мы видим из этого графика диод имеет небольшое сопротивление, и соответственно хорошо пропускает ток, а в обратном включении до определенной величины напряжения диод закрыт, имеет большое сопротивление и практически не проводит ток. В этом легко убедиться, если есть под рукой диод и мультиметр, нужно поставить прибор в положение звуковой прозвонки, либо установив переключатель мультиметра напротив значка диода, в крайнем случае, можно попробовать прозвонить диод, установив переключатель на положение 2 КОм измерения сопротивления. Изображается на принципиальных схемах диод так, как на рисунке ниже, запомнить, где какой вывод легко: ток у нас, как известно, всегда течет от плюса к минусу, так вот треугольник в изображении диода как бы показывает своей вершиной направление тока, то есть от плюса к минусу.

Анод

Катод

Возникновение терминов

Пример радиолампы и диода

Почему существует путаница?

Разбираемся с электрическим аккумулятором

Во время зарядки положительный электрод принимает электрический ток и является анодом, а отрицательный его отпускает и именуется катодом.
При отсутствии движения о них разговор вести нет смысла.
Во время разряда положительный электрод отпускает электрический ток и является катодом, а отрицательный принимает и именуется анодом.

Об электрохимии замолвим слово

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).

Катионы. Так называются положительно заряженные ионы, что двигаются в в сторону отрицательного полюса (катода).
Анионы. Так называются отрицательно заряженные ионы, что двигаются в растворе электролита в сторону положительного полюса (анода).

Как происходят химические реакции?

Что есть что: шаг 1

Шаг 2: Процесс

Шаг 3: Электролиз

Шаг 4: Напоследок

Заключение

Применение в электрохимии

На положительном электрическом проводнике во время рафинирования или очистки проходит электролитический процесс. Во время него металл с примесями помещают в электролизер и делают анодом. Такие процессы проводятся при помощи внешнего источника электрической энергии и называются реакциями электролиза. Осуществляются в электролизерах. Он выполняет функцию электронасоса, нагнетающего отрицательно заряженные частицы (электроны) в отрицательный проводник и удаляющего его из анода. Откуда исходит ток, неважно.

цинковые;
кадмиевые;
медные;
никелевые;
оловянные;
золотые;
серебряные;
платиновые.

Чаще всего на производстве используют цинковые аноды. Они бывают:

катанные;
литые;
сферические.

Применение в вакуумных электронных приборах

Например, при электролитическом рафинировании металлов (меди , никеля и пр.) на катоде осаждается очищенный металл.

Катод в вакуумных электронных приборах

Катод у полупроводниковых приборов

Знак анода и катода

В литературе встречается различное обозначение знака катода – «-» или «+», что определяется, в частности, особенностями рассматриваемых процессов.

В электрохимии принято считать, что катод – электрод, на котором происходит процесс восстановления , а анод – тот, где протекает процесс окисления . При работе электролизера (например, при рафинировании меди) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд), здесь происходит восстановление металла, это катод. На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод.

В электротехнике катод – отрицательный электрод, ток течет от анода к катоду, электроны , соответственно, наоборот.

См. также

Литература

Ссылки

Рекомендации ИЮПАК по выбору знака для величин анодного и катодного токов

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое “Катод” в других словарях:

– (греч. kathodos спуск). Полюс гальванической пары, противоположный аноду. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. КАТОД в гальванических элементах и вольтовом столбе отрицательный полюс, т. е. конец… … Словарь иностранных слов русского языка

катод – а, м. cathode f. &LT;англ. cathode &LT; гр. kathodos путь вниз, спуск. Электрод, соединенный с отрицательным полюсом источника тока (в противоположность аноду). БАС 1. В действии таких приборов, как гальваническая баттарея, полярности нет и быть… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

катод – катод Плоская заготовка, получаемая методом электролиза, предназначенная для переплава. [ГОСТ 25501 82] катод Отрицательный электрод рентгеновской трубки [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология… … Справочник технического переводчика

– (от греч. kathodes ход вниз, возвращение; термин предложен англ. физиком М. Фарадеем в 1834), 1) отрицательный электрод электровакуумного или газоразрядного прибора, служащий источником эл нов, к рые обеспечивают проводимость межэлектродного пр… … Физическая энциклопедия

Эмиттер Словарь русских синонимов. катод сущ., кол во синонимов: 4 термокатод (1) … Словарь синонимов

КАТОД – КАТОД, электрод, соединенный с отрицательным полюсом батареи. Если в жидкость погрузить две металлические пластины, соединенные с полюсами батареи, то различие между катодом и анодом скажется в следующем: если пластины, из к рых сделаны электроды … Большая медицинская энциклопедия

катод – электровакуумного прибора; катод Электрод, основным назначением которого обычно является испускание электронов при электрическом разряде … Политехнический терминологический толковый словарь

– (от греческого kathodos ход вниз, возвращение), электрод электронного либо электротехнического прибора или устройства (например, электровакуумного прибора, гальванического элемента, электролитической ванны), характеризующийся тем, что движение… … Современная энциклопедия

– (от греч. kathodos ход вниз возвращение), в широком смысле электрод различных радио и электротехнических устройств или приборов (электронных ламп, гальванических элементов, электролитических ванн и т. д.), характеризующийся тем, что движение… … Большой Энциклопедический словарь

КАТОД, отрицательно заряженный ЭЛЕКТРОД в электролитическом элементе или ЭЛЕКТРОННОЙ ТРУБКЕ. В процессе ЭЛЕКТРОЛИЗА (где электрическая энергия используется для осуществления химических изменений) к нему притягиваются положительно заряженные ионы… … Научно-технический энциклопедический словарь

КАТОД, катода, муж. (греч. kathodos возвращение) (физ.). Отрицательный электрод; ант. анод. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Книги

Методы экспериментальной физики в избранных технологиях защиты природы и человека: Монография , Коржавый Алексей Павлович. В книге изложены избранные методы экспериментальной физики, созданные на основе вакуумных СВЧ-, газоразрядных лазеров и приборов отпаянного типа для защиты окружающей природной среды и…

Урок по химии “Электролиз”

Электролиз расплавов и растворов.

ЭЛЕКТРОЛИЗ – это окислительно-восстановительные реакции, протекающие на электродах, если через раствор или расплав электролита пропускают ПОСТОЯННЫЙ ЛЕКТРОИЧЕСКИЙ ТОК.

В растворе или расплаве электролита происходит его диссоциация на ионы, а при включении электрического тока они приобретают направленное движение и на поверхности электродов происходят окислительно восстановительные процессы:

АНОД⁺ – положительно заряженный электрод и на нем идут процессы окисления анионов^– (они отдают избыток своих электронов аноду, у которого их недостаток).

КАТОД^– – отрицательно заряженный электрод и на нем идут процессы восстановления катионов^– (они забирают избыток электронов катода себе, тк у катионов не хватает электровов).

Для дальнейшего понимания материала потребуются ряды активности катионов и анионов, соответственно:

ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ НА ЭЛЕКТРОДАХ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ РАСТВОРОВ

Катод (-)

Не зависят от материала катода, а зависят от места положения металла в ряду напряжений (РН).

Анод (+)

Зависят от материала анода и природы анионов

Анод нерастворимый (инертный), т.е. изготовлен из угля, графита, платины или золота

Масса анода не уменьшается

Анод растворимый (активный), т.е. изготовлен Сu, Ag, Zn, Ni, Fe и др металлов, кроме Pt, Au

Масса анода уменьшается

1. Малоактивные металлы, стоят после водорода в РН, восстанавливаются на катоде:

Meⁿ⁺ +nē→Me⁰

1. Анионы бескислородных кислот (кроме F^–) окисляются:

A^m- – mē→A⁰

Анионы не окисляются, а идет окисление атомов металла Анода и катионы Me ⁿ⁺переходят в раствор :

Ме⁰-nē→Me ⁿ⁺

2. Металлы средней активности, в РН между AI и Н, восстанавливаются одновременно с водой:

Meⁿ⁺ +nē→Me⁰

2Н₂О+ 2ē→Н₂↑+2ОН^–

2. Анионы кислородсодержащих кислот, в том числе F^– ,не окисляются, а окисляются молекулы воды:

2Н₂О – 4ē→О₂↑+4Н⁺

3. Активные металлы, в РН до AI, включительно, не восстанавливаются, а восстанавливаются молекулы воды:

2Н₂О+ 2ē→Н₂↑+2ОН^–

3. При электролизе растворов щелочей окисляются ионы ОН^–:

4ОН^– – 4ē→О₂↑+2Н₂О

4. При электролизе растворов кислот восстанавливаются катионы водорода Н⁺:

2Н⁺ +2 ē→Н₂0↑

ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ НА ЭЛЕКТРОДАХ ПРИ ЭЛЕКТРОЛИЗЕ РАСПЛАВОВ

Не зависят от природы материла электродов и природы ионов.

1. На аноде разряжаются анионы (процессы окисления), превращаясь в нейтральные атомы или молекулы:

A^m^– – mē→A⁰

4ОН^– – 4ē→О₂↑+2Н₂О

2. На катоде разряжаются (восстанавливаются) катион водорода и катионы любых металлов, не имеет значения, где он находится в РН, превращаясь в нейтральные атомы или молекулы:

Meⁿ⁺ +nē→Me⁰

2Н⁺ +2 ē→Н₂0↑

3. В расплаве нет воды, потому она не восстанавливается и не окисляется.

Электролиз расплавов применяют для получения активных металлов, расположенных в РН до алюминия. Сам алюминий получают электролизом раствора оксида алюминия в расплавленном криолите (Na₃AIF₆):

2AI₂O₃ 4AI +3O₂итоговое уравнение

K (-) AI³⁺ +3ē→ AI процесс, происходящий на катоде

A (+)2O^2- -2ē→ O₂процесс, происходящий на аноде

Примеры выполнения заданий на электролиз с алгоритмом действий

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСПЛАВОВ

Задание 1. Составьте схему электролиза расплава бромида натрия. (Алгоритм 1.)

1.Составить уравнение диссоциации соли

2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам

3.Составить схемы процессов окисления и восстановления

4.Составить уравнение электролиза расплава соли

NaBr → Na⁺ + Br^–

K^– (катод): Na⁺,

A⁺ (анод): Br^–

K⁺: Na⁺ + 1ē → Na⁰ (восстановление),

A⁺ : 2Br^– – 2ē →Br₂⁰ (окисление).

2NaBr = 2Na +Br₂

Задание 2. Составьте схему электролиза расплава гидроксида натрия. (Алгоритм 2.)

1.Составить уравнение диссоциации щёлочи

2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам

3.Составить схемы процессов окисления и восстановления

4.Составить уравнение электролиза расплава щёлочи

NaOH → Na⁺ + OH^–

K^–(катод): Na⁺,

A⁺ (анод): OH^–.

K^–: Na⁺ +→ Na⁰ (восстановление),

A⁺: 4OH^– – 4ē → 2H₂O + O₂↑ (окисление).

4NaOH = 4Na + 2H₂O + O₂↑

Задание 3. Составьте схему электролиза расплава сульфата натрия. (Алгоритм 3.)

1.Составить уравнение диссоциации соли

2.Показать перемещение ионов к соответствующим электродам

3.Составить схемы процессов восстановления и окисления

4.Составить уравнение электролиза расплава соли

Na₂SO₄ → 2Na⁺ + SO₄^2-

K^–(катод): Na⁺

A⁺(анод): SO₄^2-

K^–: Na⁺ + 1ē → Na⁰,

A⁺: 2SO₄^2- – 4ē → 2SO₃↑ + O₂↑

2Na₂SO₄ = 4Na + 2SO₃↑ + O₂↑

ЭЛЕКТРОЛИЗ РАСТВОРОВ

Задание 1. Составить схему электролиза водного раствора хлорида натрия с использованием инертных электродов. (Алгоритм 1.)

1.Составить уравнение диссоциации соли

2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах

3.Составить схемы процессов восстановления и окисления

4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли

NaCl → Na⁺ + Cl^–

Ионы натрия в растворе не восстанавливаются, поэтому идёт восстановление воды. Ионы хлора окисляются.

K^–: 2H₂O + 2ē → H₂↑ + 2OH^–

A⁺: 2Cl^– – 2ē → Cl₂↑

2NaCl + 2H₂O = H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH

Задание 2. Составить схему электролиза водного раствора сульфата меди (II) с использованием инертных электродов. (Алгоритм 2.)

1.Составить уравнение диссоциации соли

2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах

3. Составить схемы процессов восстановления и окисления

4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли

CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄^2-

На катоде восстанавливаются ионы меди. На аноде в водном растворе сульфат-ионы не окисляются, поэтому окисляется вода.

K^–: Cu²⁺ + 2ē → Cu⁰

A⁺: 2H₂O – 4ē → O₂↑ +4H⁺

2CuSO₄ +2H₂O = 2Cu + O₂↑ + 2H₂SO₄

Задание 3. Составить схему электролиза водного раствора водного раствора гидроксида натрия с использованием инертных электродов. (Алгоритм 3.)

1.Составить уравнение диссоциации щёлочи

2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах

3.Составить схемы процессов восстановления и окисления

4.Составить уравнение электролиза водного раствора щёлочи

NaOH → Na⁺ + OH^–

Ионы натрия не могут восстанавливаться, поэтому на катоде идёт восстановление воды. На аноде окисляются гидроксид-ионы.

K^–: 2H₂O + 2ē → H₂↑ + 2OH^–

A⁺: 4OH^– – 4ē → 2H₂O + O₂↑

2H₂O = 2H₂ ↑+ O₂↑, т.е. электролиз водного раствора щёлочи сводится к электролизу воды.

Задание 4. Составить схему электролиза водного раствора нитрата серебра с использованием анода, изготовленного из серебра, т.е. анод – растворимый. (Алгоритм 4.)

1.Составить уравнение диссоциации соли

2. Выбрать ионы, которые будут разряжаться на электродах

3.Составить схемы процессов восстановления и окисления

4.Составить уравнение электролиза водного раствора соли

AgNO₃ → Ag⁺ + NO₃^–

На катоде восстанавливаются ионы серебра, серебряный анод растворяется.

K^–: Ag⁺ + 1ē→ Ag⁰;

A⁺: Ag⁰ – 1ē→ Ag⁺

Ag⁺ + Ag⁰ = Ag⁰ + Ag⁺ электролиз сводится к переносу серебра с анода на катод.

ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ

1. При электролизе водного раствора сульфата меди (II) на катоде выделяется:

2. При электролизе водного раствора нитрата серебра на аноде выделяется:

3.Установите соответствие между формулой соли и продуктом, который образуется на аноде в результате электролиза её водного раствора:

4.Установите соответствие между формулой соли и уравнением электролиза её водного раствора: 5..Установите соответствие между формулой соли и продуктом, который образуется на аноде в результате электролиза её водного раствора: 6.Установите соответствие между формулой соли и схемой процесса, протекающего на катоде в результате электролиза её водного раствора:

Ответ к тесту

ПРИМЕР ЗАДАЧИ НА ЛЕКТРОЛИЗ

При электролизе водного раствора нитрата серебра (I) выделилось 5,6 л газа. Сколько граммов металла отложилось на катоде?

Решение:

AgNO₃ → Ag⁺+ NO^–₃

на катоде («-») Ag⁺+ 1e → Ag⁰

на аноде («+») 2H₂O– 4e → O₂ + 4H⁺

4AgNO₃ + 2H₂O → 4Ag⁰+ O⁰₂+ 4HNO₃

4 моль 1 моль

х моль 0,25 моль

1) n (O₂) = 0,25 моль

2) х = n (Ag) = 1 моль

3) m (Ag) = n (Ag) · M (Ag) = 108 г.

Ответ: на катоде отложилось 108 г серебра.

V (газа)=5,6л

При электролизе 1л раствора хлорида меди (II) на катоде выделилась медь массой 12,7г. Вычислите объем газа (н.у.), выделившегося на аноде, если плотность раствора близка к 1 г/мл.

Решение:

раствор CuCl₂ = Cu²⁺+2Cl ^–

на катоде : Cu^2+, H₂O(H+)

на аноде : Cl -, H₂O

CuCl₂ = CI₂ + Cu

1моль 1моль

Хмоль 0,198моль

1) n (Cu) = 12,7г /64г/моль=0,198моль

n (CI₂)= 0,198гмоль

2) V (Cl2) = 0,198 моль 22,4 л/моль = 4,44 л

Ответ: V (Cl₂) = 4,44 л (н.у.)

m(Cu)=12,7г

ρ=1г/мл

Катодный и анодный процессы

Электрохимия – это раздел химии, который изучает процессы, протекающие в расплавах или растворах электролитов при прохождении через них постоянного электрического тока.

Данные процессы сопровождаются окислительно-восстановительными реакциями.

Собственно электрохимические превращения называются электролизом.

Любой процесс электролиза протекает с применением электродов – положительно или отрицательно заряженных материалов, которые участвуют в переносе электронов на границе двух фаз: расплав или раствор электролита – материал электрода.

Электрохимические процессы исследуют в т.н. электрохимических ячейках, состоящих из сосуда с расплавом или раствором электролита и помещёнными в него электродами, через которые пропускают постоянный электрический ток

Электроды могут состоять из различных материалов. Нерастворимые электроды, как правило, состоят из графита, золота, платины а растворимые – из любых металлов (кроме щелочных).

Как известно, процесс диссоциации электролита сопровождается распадом его на катионы (положительно заряженные частицы) и анионы (отрицательно заряженные частицы).

Например, в случае диссоциации хлорида натрия, это можно изобразить схемой:

NaCl ↔ Na⁺ + Cl^–

Если расплав данного электролита поместить в электрохимическую ячейку и пропустить через него электрический ток, то на катоде будут восстанавливаться катионы, а на аноде будут окисляться анионы.

Таким образом, в совокупности, процесс электролиза представляет собой катодный и анодный процессы или окислительно-восстановительные реакции.

Продукты электролиза зависят прежде всего от того, в каком виде находится электролит (расплав или раствор), от материала электрода (инертный или растворимый) и от положения металла, входящего в состав соли, в ряду напряжения. В общем виде, всё это может быть сведено в следующие правила:

1) Катион электролита расположен в ряду напряжения до алюминия (включительно), то на катоде идёт процесс восстановления воды – выделяется водород.

2) Катион металла находится в ряду напряжения между алюминием и водородом, то на катоде одновременно восстанавливаются ионы металла и молекулы воды.

3) Катион металла расположен в ряду напряжения после водорода, то на катоде восстанавливается металл.

4) В растворе содержатся катионы разных металлов, то сначала восстанавливаются катионы металла, стоящего в ряду напряжения правее.

5) При растворимом аноде окисляется металл анода, независимо от вида катиона в электролите и природу аниона.

6) При нерастворимом аноде

— а) в случае электролиза раcтворов бескислородных кислот ( кроме фторидов) на аноде идёт процесс окисления аниона.

— б) в случае электролиза растворов солей кислородсодержащих кислот и фторидов на аноде идёт процесс окисления воды (выделяется кислород). Анионы не окисляются.

— в) анионы по их способности окисляться располагаются в следующем порядке:

Электролиз расплавов электролитов.

Как правило, электролиз данного вида осуществляется для соединений с ионным типом связей (соли, щёлочи).

При электролизе расплава гидроксида калия происходят следующие процессы:

Электролиз растворов электролитов.

В растворах электролитов, помимо катионов и анионов, присутствуют молекулы воды. При электролизе воды происходят следующие процессы:

Рассмотрим электролиз хлорида натрия в случае нерастворимого и растворимого анода.

а) Анод нерастворимый.

В растворе протекает процесс электролитической диссоциации:

NaCl = Na⁺ + Cl^–

на катоде (-) ионы натрия не восстанавливаются, остаются в растворе: 2H₂O + 2ē → h3 + 2OH^–

на аноде (+): 2Cl^– – 2ē → Cl₂

Суммарное ионное уравнение:

2H₂O + 2Cl^– = H₂ + Cl₂ + 2OH^–

Учитывая присутствие ионов натрия в растворе, составим молекулярное уравнение:

2NaCl + 2H₂O → H₂ + Cl₂ + 2NaCl

б) Анод растворимый (например, медный).

Если анод растворимый, то металл анода будет окисляться:

Cu^о – 2ē → Cu²⁺

Катионы меди в ряду напряжений стоят после водорода, поэтому они будут восстанавливаться на катоде.
на катоде (-): Cu²⁺+ 2ē → Cu^о

на аноде (+): Cu^о – 2ē → Cu²⁺

При этом концентрация хлорида натрия в растворе не меняется.

Если Вам нужна помощь по химии, записывайтесь в расписании на сайте ко мне на занятия.

С уважением, Ваш Владимир Смирнов.

Гальванический элемент в химии с примером

Гальванический элемент (гэ). Напряжение гальванического элемента

Гальванический элемент — это, прибор, который преобразует химическую энергию окислительно-восстановительной реакции в электрическую энергию.

Схема простейшего ГЭ Даниэля-Якоби представлена на рис. 5.

Гальванический элемент состоит из двух электродов, каждый из которых опущен в сосуд с соответствующим раствором соли: цинковый электрод погружен в раствор соли . Медный электрод погружен в раствор .

Сосуды соединены электролитическим мостиком, заполненным концентрированным раствором электролита (например, или ), который служит ионным проводником между двумя сосудами.

На поверхности цинковой пластины возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие

В результате протекания этого процесса возникает электродный потенциал цинка. На поверхности медной пластины также возникает двойной электрический слой и устанавливается равновесие

поэтому возникает электродный потенциал меди. Потенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение, чем потенциал медного электрода, поэтому при замыкании внешней цепи, т.е. при соединении цинка с медью металлическим проводником, электроны будут переходит от цинка к меди. В результате перехода электронов от цинка к меди равновесие на цинковом электроде сместиться вправо, поэтому в раствор перейдет дополнительное количество ионов цинка. В то же время равновесие на медном электроде сместиться влево и произойдет разряд ионов меди.

Итак, при работе элемента Даниэля-Якоби протекают следующие процессы:

1) реакция окисления цинка

Процессы окисления в электрохимии получили название анодных процессов, а электроды, на которых идут процессы окисления, называют анодами;

2) реакция восстановления ионов меди

Процессы восстановления в электрохимии получили название электродных процессов, а электроды, на которых идут процессы восстановления, назвают катодами;

3) движение электронов во внешней цепи;

4) движение ионов в растворе: через электролитический мостик анионов к аноду, катионов к катоду. Движение ионов в растворе замыкает электрическую цепь гальванического элемента. Суммируя электродные реакции, получаем

Вследствие этой химической реакции в гальваническом элементе возникает движение электронов во внешней цепи и ионов внутри элемента, т.е. электрический ток, поэтому суммарная химическая реакция, протекающая в гальваническом элементе, называется токообразующей.

При схематической записи, заменяющей рисунок гальванического элемента, границу раздела между проводником 1-го рода и проводником 2-го рода обозначают одной вертикальной чертой, а границу раздела между проводниками 2-го рода — двумя чертами. Схема элемента Даниэля-Якоби, например, записывается в виде:

для упрощения в таких схемах обычно опускается внешняя цепь. Как видно, в гальваническом элементе идет химическая реакция, а во внешней цепи элемента протекает электрический ток, т.е. в гальваническом элементе происходит превращение химической энергии в электрическую.

Электродвижущая сила. Напряжение элемента. Электрическая работа равна произведению разности потенциалов электродов на количество электричества. Максимальная разность потенциалов электродов, которая может быть получена при работе гальванического элемента, называется электродвижущей силон (ЭДС) элемента. Она равна разности равновесных потенциалов катода и анода элемента.

= Если на электродах испытывает превращение один моль вещества, то по закону Фарадея через систему протекает количество электричества, равное nF, где n — число молей эквивалентов в одном моле вещества. Таким образом, максимальная электрическая работа гальванического элемента при превращении одного моля вещества равна

где — напряжение гальванического элемента.

В то же время максимальная полезная работа , которую может совершить система при протекании реакции при постоянном давлении, равна энергии Гиббса реакции

Так как , то, приравнивая первые части уравнений получаем

Значения термодинамических характеристик процесса получаются равными . Отсюда =-216800 + 16,1 Т и при температуре 25°С. = -212,3- Вт, г/моль.

Согласно уравнения Нернста один и тот же электрод при различных концентрациях ионов имеет различное значение потенциала, поэтому возможны так называемые концентрационные ГЭ. Рассмотрим, например, ГЭ, составленный из двух медных электродов, опущенных в электролиты с разными концентрациями ионов .

Схема такого ГЭ:

Положим, что , тогда

Работа в концентрационном ГЭ совершается не за счет реакции окисления восстановления, а за счет выравнивания концентрации растворов. Если концентрация электролитов отличаются в 10 раз, то напряжение (э.д.с.) ГЭ равна 0,0295 в, а если в 100 раз, то — 0,059 в.

Применяются для определения одной из концентраций .

Концентрационная и химическая поляризация электронов.

На медном катоде в замкнутом элементе происходит восстановление ионов меди. При этом концентрация их при электродном слое снижается и тем сильнее, чем больше сила тока. Это затрудняет протекание реакции восстановления, и скорость катодной реакции определяется скоростью диффузии ионов к электроду. Уменьшение концентрации катионов меди по формуле Нернста приводит к уменьшению величины потенциала меди. Цинковый анод растворяется и тем с большей скоростью, чем больше сила тока. Это приводит к накоплению ионов цинка в приэлектродном слое, в результате чего его потенциал смещается по указанной причине в положительную сторону. Электроды в этом случае поляризуются благодаря изменению концентрации ионов у их поверхности. Такая поляризация носит название концентрационный или диффузионный.

В ряде случаев кроме поляризации, при протекании тока имеет место и так называемая химическая поляризация. Для иллюстрации этого явления составим следующую цепь:

В данном случае на платине восстанавливаются не ее ионы, поскольку их нет в растворе, а ионы водорода до атомного водорода, который адсорбируется на платине и частично растворяется в ней, а также превращается в молекулярный водород. Платиновый электрод, таким образом, превратится в водородный, т.е. изменится химическая природа электрода. При этом его потенциал сместится в отрицательную сторону. Иными словами, произойдет химическая поляризация катода, которая, как и концентрационная, приводит к уменьшению напряжения гальванического элемента.

Классификация гальванических элементов

Гальванический элемент состоит из двух электродов: катода (+) и анода (-) и из одного или дух электролитов, разделенных между собой пористой перегородкой, ограничивающей их смешивание. Известны типы гальванических элементов: химические, концентрационные,

окислительно-восстановительные. В гальваническую пару можно сочетать также электроды, принадлежащие к различным видам. При таком сочетании электродов не представляется возможным классифицировать элементы, исходя из природы электродов. Классификация окажется очень громоздкой. Поэтому элементы подразделяют по другим признакам: по особенностям работы, назначению и конструкциям.

Гальванические элементы делят на первичные химические источники тока и вторичные. К первичным относятся вес ранее рассмотренные элементы. Их можно использовать только один раз. После разряда они становятся непригодными к дальнейшей работе.

К вторичным относят аккумуляторы (накопители электричества). Аккумулятор после разряда можно снова зарядить, г.е. превратить продукты реакции путем электролиза в исходные вещества. При этом электрическая энергия превращается в химическую.

Первичные источники тока в свою очередь делят на элементы с жидким электролитом (наливные) и «сухие» (непроливающиеся) элементы с загущенным электролитом. Сухие элементы можно подразделить по признаку катодных деполяризаторов на элементы с твердыми окислителями, воздушной системы и смешанной марганцово-воздушной системы.

Аккумуляторы. Аккумуляторы — обратимые гальванические элементы.

Вещества, из которых изготовляют электроды, и электролиты подобраны в аккумуляторах с таким расчетом, чтобы обратимость химических процессов при электролизе (зарядке) достигалась с минимальной потерей энергии на побочные реакции и в виде теплоты.

Понятно, что медно-цинковый элемент с двумя разделенными пористой перегородкой растворами не пригоден в качестве аккумулятора. Так как происходящие в нем диффузионные процессы необратимы. При этом восстановление ионов цинка до металлического при зарядке будет сопровождаться побочной реакцией восстановления водорода.

Из огромного количества исследованных гальванических элементов удовлетворяют указанным требованиям свинцовый аккумулятор Плантэ, железо-никелевый (кадмиево-никелевый) аккумулятор Эдиссона и серебряно-цинковый аккумулятор Андре.

Свинцовый аккумулятор (рис. 6) был изобретен в результате работ Якоби, Плате и братьев Тюдор. В незаряженном виде он состоит из свинцовых пластин, отлитых в виде решеток. Отверстия отрицательных решеток заполнены пастой из свинцового глета РЬО и воды, а положительных — суриком . Пластины сушат и путем электролиза РЬО превращают губчатый свинец, а — в двуокись свинца . После «формовки током» отрицательные пластины имеют светло-серый цвет, а положительные темно-коричневый. Такие аккумуляторы называют сухозаряженными.

Перед использованием в аккумулятор наливают 30%-ый раствор серной кислоты.

При этом образуется гальваническая цепь:

с напряжением около 2 в (при 18°С в 20%-ый

При разрядке аккумулятора на электродах протекают следующие реакции: на катоде

на аноде

Вещества катода и анода превращаются в сернокислый свинец, а химическая энергия — в электрическую.

При зарядке аккумулятора на электродах протекают следующие реакции:

на катоде

на аноде

Суммируя процессы зарядки и разрядки, получим:

В гальваническом элементе катод заряжен положительно, а анод -отрицательно. При электролизе, наоборот, катод заряжен отрицательно, а анод -положительно. Однако в любом случае на катоде протекает реакция восстановления, а на аноде — окисления. При зарядке и разрядке аккумулятора полярность электродов остается неизменной.

Исходя из равновесных потенциалов и , казалось бы, можно ожидать, что при зарядке свинцового аккумулятора на катоде будет преимущественно восстанавливаться водород, так как равновесный потенциал водородного электрода в сравнении с потенциалом свинца более положителен. В действительности же потенциал восстановления водорода на свинце благодаря его высокому перенапряжению оказывается значительно отрицательнее не только равновесного потенциала водородного электрода, но и потенциала восстановления двухвалентного свинца до металлического. Поэтому на катоде восстанавливается при зарядке только свинец.

После того как на катоде закончится восстановление катионов свинца до металлического свинца, а на аноде — окисление , при дальнейшем электролизе на электродах наблюдается бурное выделение водорода (на катоде) и кислорода (на аноде). При этом напряжение на зажимах повышается до 2,6 в, что указывает на окончание зарядки аккумулятора и начало электролиза воды. Зарядка ведется так, чтобы температура электролита не повышалась более 40°С.

Емкость свинцового аккумулятора около 35вт/ч (20000 кулонов) на 1 кг веса. Последняя возрастает с повышением концентрации кислоты до некоторого предела; максимум емкости соответствует концентрации кислоты около 30% (плотность 1,224).

Свинцовый аккумулятор отдает около 80% подведенной к нему электроэнергии и дает примерно 4 а/ч на 1 дм2 поверхности пластин. Аккумулятор считают практически разряженным, если его напряжение на зажимах упало на 10% (от 2 в).

В щелочном аккумуляторе Эдиссона электродами служат порошкообразное железо и (гидрат окиси никеля, который частично дегидратируется до ), в качестве электролита берут 21%-ный раствор КОН:

К электролиту часто добавляют гидрат окиси лития , который заметно повышает емкость аккумулятора.

Электроды щелочных аккумуляторов изготавливают в виде пакетов из стальной стали с большим числом отверстий для прохода электролита к действующей массе, закладываемой в пакеты. При сборке пластины изолируют одну от другой эбонитовыми стержнями.

При разрядке на электродах протекают следующие процессы:

на катоде

на аноде

Напряжение щелочного аккумулятора равна 1,33 — 1,40 в.

При зарядке на катоде железо из гидрата закиси восстанавливается до металлического; на аноде окисляется до . Водород на железном катоде при зарядке аккумулятора не восстанавливается благодаря чрезвычайно низкой концентрации ионов водорода в растворе щелочи и значительному перенапряжению водорода на железе.

Суммарно процесс зарядки и разрядки можно изобразить следующим уравнением:

Максимальное напряжение при зарядке щелочного аккумулятора равно 1,8 в, конечное напряжение при разрядке 1 — 1,1 в. К.п.д. у щелочных аккумуляторов меньше, чем у свинцовых. Преимуществом щелочных аккумуляторов является их малый вес, простота ухода за ними, а также то обстоятельство, что случайные короткие замыкания не приносят такого вреда, как свинцовым аккумуляторам. При большой скорости образования сернокислого свинца он полу рыхлым, в результате чего электроды аккумулятора разрушаются.

Срок службы щелочных аккумуляторов в зависимости от электролита составляет 250-750 циклов.

Эта теория взята со страницы помощи по химии:

Онлайн помощь по химии

Возможно эти страницы вам помогут:

Помощь с анодами и катодами

Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже. Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Определение, различия, заряды и примерные вопросы

Анод относится к отрицательному или восстановительному электроду, с которого электроны выделяются во внешнюю цепь и который окисляется во время электрохимической реакции. Катод представляет собой положительный или окислительный электрод, который получает электроны из внешней цепи. Чтобы понять эти темы, нам нужно понять тему электродов, которые являются проводниками электричества, которые могут пропускать ток в неметаллической части цепи.

Читайте также: – Класс 12

Электрохимия

Катод и анод определяются потоком тока. Термины были придуманы в 1834 году Уильямом Уэвеллом, , который получил слова от греческого слова «Kathodes», что означает «спуск» или «путь вниз».При создании терминов Уильям консультировался с Майклом Фарадеем.

Подробнее:-

Электролизеры и электролиз

Что такое анод?

Анод — это место, через которое проходит электричество в ячейке. Это точка, где происходит окисление. Аноды реагируют и испускают электроны, с помощью которых они могут попасть в схему возбуждения.

Если мы возьмем электрохимический элемент или гальванический элемент, мы увидим, что анод отрицательный. В аноде в основном электроны движутся к внешней части цепи. К таким устройствам относятся аккумуляторные батареи и диоды.
Если мы возьмем электролитическую ячейку, то увидим, что она положительная. К таким устройствам относятся первичные аккумуляторные батареи, электронные лампы, электронно-лучевые трубки и осциллографы.

Что такое катод?

Катод – это место, откуда электричество уходит через ячейку. Это точка, в которой происходит сокращение. Это обычное явление в электрохимической ячейке.

Из-за разложения химических соединений в ячейке катодные результаты носят отрицательный характер.
Если мы возьмем электрохимический элемент или гальванический элемент, мы увидим, что катод положительный. В этой клетке электрическая энергия вырабатывается за счет протекающих в ней химических реакций.
Может быть как с горячим катодом, так и с холодным катодом.
Холодные катоды не нагреваются с помощью нити накала, поскольку она испускает больше электронов, чем генерация электронов только при термоэлектронной эмиссии.
Горячие катоды нагреваются нитью накала, поскольку она испускает электроны в виде термоэлектронной эмиссии.

Узнайте больше о

Электрохимические клетки

Разница между анодом и катодом

Ниже приведены ключевые различия между анодом и катодом:

Основа сравнения	анод	Катод
Определение	Это электрод, через который проходит электрический ток.	Это электрод, через который выходит электрический ток.
Поведение	Притягивает анионы.	Притягивает катионы.
Природа	Является источником электрического акцептора.	Источник доноров электроэнергии.
Полярность клемм: электролитическая ячейка	В электролитических ячейках положительная.	Отрицательный в электролитических ячейках.
Полярность клемм: гальванический элемент	В гальванических элементах отрицательный.	Положительный результат в гальванических элементах.
Реакция: электролизер	Происходит реакция окисления	Происходит реакция восстановления.
Реакция: гальванический элемент	Может стать катодом.	Может стать анодом.

Заряд на катоде и аноде

В катоде наблюдается реакция восстановления по следующим причинам:

Электроны будут производиться в виде уменьшенных.
Электроду не хватает электронов.
Электрод получает положительный заряд.

В аноде наблюдается окислительная реакция по следующим причинам:

Электроны будут восстановлены в окисленных частицах.
Электрон остался бы с накоплением электронов.
Электрод получает отрицательный заряд.

Подробнее:- Разница между гальваническими элементами и электролитическими элементами

Почему катод отрицательный, а анод положительный?

С момента открытия электронов катод определяется как отрицательный, а анод определяется как положительный. Катод происходит от греческого слова «катодос». Это греческое слово означает «путь вниз», в котором ток, протекающий от положительного к отрицательному, выходит из устройства, в котором анод пропускает ток.Катод не всегда положительный или отрицательный. В разряжающемся аккумуляторе он действует как положительный, тогда как в другом элементе он действует отрицательно. Концепция анода такая же, поскольку он может действовать как положительно, так и отрицательно, но природа будет зависеть от типа клетки.

Заряды гальванического элемента на аноде и катоде

В гальваническом элементе окислительно-восстановительные реакции могут происходить внезапно в обеих полуэлементах.

В катодном электроде будет происходить восстановление с созданием в нем положительных зарядов.
В анодном электроде будет происходить окисление с образованием в нем отрицательных зарядов.

Что следует помнить на основе анода и катода

Катод представляет собой отрицательно заряженный электрод.
Он притягивает катионы или положительные заряды и является источником электронов или донором электронов.
Анод представляет собой положительно заряженный электрод.
Анод притягивает электроны или анионы и может быть источником положительного заряда или акцептором электронов.
Заряд может течь либо от положительного к отрицательному, либо от отрицательного к положительному.
Вот почему анод может быть заряжен положительно или отрицательно в зависимости от ситуации.

Примеры вопросов на основе анода и катода

Вопросы: Катионы положительные или отрицательные? (1 балл)

Ответ: Катион – это положительно заряженный ион или атом, потерявший электрон.

Вопросы: Какие материалы используются для анода и катода? (1 балл)

Ответ: В качестве материалов для анода и катода используются такие металлы, как цинк и литий.

Вопрос: Как определить анод и катод в цепи? (2 балла)

Ответ: Мы можем видеть направление электрического тока в электрической цепи. Путь, по которому проходит электричество, называется анодом, а путь, по которому уходит электричество, — катодом.

Вопрос: Каковы вообще признаки катода и анода? (1 балл)

Ответ: Как правило, положительный электрод можно определить как катод, тогда как отрицательный электрод можно определить как анод.

Вопрос: Отличаются ли знаки катода и анода в электролитических и гальванических элементах? (2 балла)

Ответ: Да, в гальванических элементах катод положительный, а анод отрицательный. Можно также утверждать, что в электролитических ячейках катод отрицательный, а анод положительный. Таким образом, знаки анода и катода в обеих ячейках различны.

Вопрос: Что такое анод и катод в коррозии? (1 балл)

Ответ: В фазе коррозии металл из железа действует как анод в гальванических элементах.Он может окисляться до Fe ²⁺ на катодном электроде. Кислород может превратиться в воду.

Вопрос: Катод светодиодов положительный или отрицательный? (2 балла)

Ответ: В светодиодах обычно маркируют катоды. Он должен быть связан с полом источника управляющего напряжения. Он должен быть на противоположной стороне. Кроме того, анод должен быть на положительной стороне.

Вопрос: Каков заряд на аноде и катоде? (2 балла)

Ответ: В катоде наблюдается реакция восстановления по следующим причинам:

Электроны будут производиться в виде уменьшенных электронов.
Электроду не хватает электронов.
Электрод получает положительный заряд.

В аноде наблюдается окислительная реакция по следующим причинам:

Электроны будут восстановлены в окисленных частицах.
Электрон остался бы с накоплением электронов.
Электрод получает отрицательный заряд.

Вопросы: Различайте катод и анод. (4 марка)

ANS: Разница между катодом и анодом приведена ниже:

основа сравнения	анод	Cathode
Определение	Это электрод, через который проходит электрический ток.	Это электрод, через который выходит электрический ток.
Поведение	Притягивает анионы.	Притягивает катионы.
Природа	Является источником электрического акцептора.	Источник доноров электроэнергии.
Полярность клемм: электролитическая ячейка	В электролитических ячейках положительная.	Отрицательный в электролитических ячейках.

Направления предыдущих лет На основании анода и катода

Два полтора реакции электрохимической ячейки приведены ниже:

MNO ^–

5 2 4 (AQ) + 8H ^{+ + + (AQ) + 5E ^– → MN}

4 2+

5 (AQ) + 4H 2 2 _{O (I), E ° = 1. 51 v}

Sn 2+ 2+ (AQ) → Sn

4 4+ (AQ) + 2E ^{– 9034 –} , E ° = + 0,15 В.

Напишите уравнение окислительно-восстановительной реакции из двух полуреакций и рассчитайте потенциал клетки из стандартных потенциалов. Кроме того, предскажите, является ли реакция предпочтительным реагентом или продуктом. (All India 2010)

Ответ: Реакции на аноде и на катоде можно представить следующим образом:

На аноде (окисление):

Sn ²⁺ → Sn ^{4+ 9033 (водн.) + 2e ^– ] × 5 E° = + 0.15 V}

на катоде (сокращение):

MNO ^– ₄ (AQ) + 8H ⁺5 (AQ) + 5E ^– → MN ²⁺ (AQ) + 4H ₂ o (I)] × 2 E° = + 1,51 В

Сеть R × M = 2MnO ^– ₄ (водн. ) + 16H ⁺ + 5Sn ²⁺ → 2Mn ^{35 9034 2+ 9034 4+} + 8H ₂ O

Теперь E°ячейка = E°катод – E°анод

= 1,51 – 0,15 = + 1,36 В

∴ Положительное значение E°ячейки способствует образованию продукта.

Вопросы: а. После реакций происходят на катоде во время электролиза водный серебристый раствор хлорида:

AG ^{+ 5 (AQ) + E ^– → AG (S) E ° = +0.80 v}

H + + (AQ) + E ^–

4 → ½ H 2 2 5 (G) E ° = 0,00 V

на их стандартные значения потенциала восстановительного электрода (E°), какая реакция возможна на катоде и почему?

Определение предельной молярной проводимости. Почему электропроводность раствора электролита уменьшается с уменьшением концентрации? (Дели, 2015 г.)

Ответ: а. На катоде Ag ⁺ (водн.) + e ^– → Ag(s)

Здесь реакция возможна, поскольку ион Ag ⁺ имеет более высокий восстановительный потенциал, т.е. более высокое значение E°.

Предельная молярная проводимость или молярная проводимость раствора при бесконечном разбавлении определяется как сумма молярных проводимостей катионов и анионов.

Электропроводность раствора электролита уменьшается при разбавлении из-за уменьшения количества ионов в единице объема.

BU-104b: Блоки для сборки батарей – Университет батарей

Электрохимическая батарея состоит из катода, анода и электролита, которые действуют как катализатор. При зарядке на границе катод/электролит образуется скопление положительных ионов. Это приводит к тому, что электроны движутся к катоду, создавая потенциал напряжения между катодом и анодом. Высвобождение происходит за счет прохождения тока от положительного катода через внешнюю нагрузку и обратно к отрицательному аноду. При зарядке ток течет в другом направлении.

Батарея имеет два отдельных пути; один представляет собой электрическую цепь, по которой текут электроны, питая нагрузку, а другой представляет собой путь, по которому ионы движутся между электродами через сепаратор, действующий как изолятор для электронов. Ионы — это атомы, которые потеряли или приобрели электроны и стали электрически заряженными.Сепаратор электрически изолирует электроды, но позволяет ионам двигаться.

Анод и катод
Электрод батареи, испускающий электроны во время разряда, называется анодом ; электродом, поглощающим электроны, является катод .
Анод аккумулятора всегда отрицательный, а катод положительный. Это, по-видимому, нарушает соглашение, поскольку анод является клеммой, через которую протекает ток. Электронная лампа, диод или заряжаемая батарея следуют этому порядку; однако при отключении питания от батареи при разрядке анод становится отрицательным. Поскольку батарея представляет собой электрическое накопительное устройство, обеспечивающее энергию, анод батареи всегда отрицательный.
Анод литий-ионных аккумуляторов выполнен из углерода (см. BU-204: Как работают литиевые батареи?), но с литий-металлическими батареями порядок обратный. Здесь катод — углерод, а анод — металлический литий. (См. BU-212: Аккумуляторы будущего.) За некоторыми исключениями, литий-металлические аккумуляторы не подлежат перезарядке.
Рисунок 1: Символ батареи.
Катод батареи положительный, а анод отрицательный.
В таблицах 1a, b, c и d обобщен состав вторичных батарей на основе свинца, никеля и лития, включая первичные щелочные батареи.
Свинцово-кислотный Катод (положительный) Анод (отрицательный) Электролит
Материал Двуокись свинца (шоколадно-коричневый) Серый свинец (губчатый при формировании) Серная кислота
Полная зарядка Оксид свинца (PbO ₂ ), электроны
добавлены к положительной пластине Свинец (Pb), электроны удалены с пластины Сильная серная кислота
Выписан
Свинец превращается в сульфат свинца на отрицательном электроде, электроны перемещаются от положительной пластины к отрицательной.
Слабая серная кислота (водоподобная)
Таблица 1a: Состав свинцовой кислоты. 4 Cathode (положительный)
0 Nickel OxyHydroxide

9002
Nimh, Nicd
Anode (отрицательный) Electrolyte
NIMHH: водородный сплав
Nizd: Cadmium Гидроксид калия
Таблица 1b: Состав NiMH и NiCd.4 электролит
0 Металлические оксиды, полученные из кобальта, никеля, марганца , железо, алюминий
Литий-ион Cathode (положительный)
на алюминиевой фольге анод (отрицательный)
на медной фольге

Материал На основе углерода Соль лития в органическом растворителе
Полный заряд Оксид металла с интеркаляционной структурой Ионы лития мигрировали к аноду.
Разряженный Ионы лития возвращаются к положительному электроду В основном углерод
Таблица 1c: Состав литий-иона.
Calkaline
9
0 диоксид марганца
2 Таблица 1d: состав первичная щелочная батарея.
Электролит и сепаратор
Поток ионов стал возможен благодаря активатору, называемому электролитом. В залитой аккумуляторной системе электролит свободно перемещается между вставленными электродами; в герметичной ячейке электролит обычно добавляют в сепаратор в увлажненном виде. Сепаратор отделяет анод от катода, образуя изолятор для электронов, но пропуская ионы. (См. BU-306: Сепаратор и BU-307: Электролит)
Батарейки в портативном мире
Материал по Battery University основан на обязательном новом 4-м издании « Аккумуляторы в портативном мире — Справочник по перезаряжаемым батареям для не инженеров », который доступен для заказа через Amazon.ком.
Электролизеры
Электролитический Ячейки
Вольтовы элементы используют спонтанную химическую реакцию, чтобы управлять электрический ток по внешней цепи. Эти клетки важно, потому что они являются основой для батарей, питающих современное общество. Но они не единственный вид электрохимических клетка. Также возможно построить ячейку, которая работает на химическую систему, проводя электрический ток через система.Эти ячейки называются электролитическими ячейками . Электролиз используется для запуска окислительно-восстановительной реакции в направление, в котором это не происходит спонтанно.
Электролиз Расплавленный NaCl
Идеализированная ячейка для электролиза хлорида натрия. показано на рисунке ниже. Источником постоянного тока является подключен к паре инертных электродов, погруженных в расплавленный натрий хлористый. Поскольку соль нагревали до тех пор, пока она не растает, Na ⁺ ионы текут к отрицательному электроду и Cl ^– ионы текут к положительному электроду.
Когда ионы Na ⁺ сталкиваются с отрицательным электродом, батарея имеет достаточно большой потенциал, чтобы заставить эти ионы забрать электроны с образованием металлического натрия.
Calkaline
Материал цинк водный щелочей

Отрицательный электрод (катод) : Na ⁺ + e ^– №
Cl ^– ионы, которые сталкиваются с положительным электродом окисляются до газа Cl ₂, который при этом электрод.
Положительный электрод (анод) : 2 Кл ^– Класс ₂ + 2 е ^–
Чистый эффект прохождения электрического тока через расплавленная соль в этой ячейке должна разлагать хлорид натрия на его элементы, металлический натрий и газообразный хлор.
Электролиз NaCl :
Катод (-): Na ⁺ + e ^– №
Анод (+): 2 Кл ^– Класс ₂ + 2 е ^–
Потенциал, необходимый для окисления ионов Cl ^– до Cl ₂ равно -1. 36 вольт и потенциал, необходимый для восстановления Na ⁺ ионов к металлическому натрию составляет -2,71 вольта. Аккумулятор, используемый для вождения следовательно, эта реакция должна иметь потенциал не менее 4,07 вольт.
Этот пример объясняет, почему процесс называется электролизом . Суффикс – lysis происходит от греческой основы, означающей ослабить или разделить. Электролиз буквально использует электрический тока для разделения соединения на его элементы.
электролиз
2 NaCl( л ) 2 Na( л ) + Cl ₂ ( г )
Этот пример также иллюстрирует разницу между гальваническими ячейки и электролизеры.Вольтовы элементы используют энергию, переданную выключен в спонтанной реакции на выполнение электрической работы. электролитический клетки используют электрическую работу в качестве источника энергии для приведения в движение реакция в обратном направлении.
Пунктирная вертикальная линия в центре рисунка выше представляет собой диафрагму, удерживающую вырабатываемый газ Cl ₂ на аноде от контакта с металлическим натрием генерируется на катоде. Функцию этой диафрагмы можно понять, обратившись к более реалистичному рисунку Показана коммерческая ячейка Даунса, используемая для электролиза хлорида натрия. на рисунке ниже.
Газообразный хлор, образующийся на графитовом аноде, вставленном в дно этой ячейки пузырится через расплавленный натрий хлорида в воронку в верхней части ячейки. Металлический натрий, который образуется на катоде, всплывает через расплавленный хлорид натрия в натрий-сборное кольцо, из которого периодически осушенный. Диафрагма, разделяющая два электрода, представляет собой экран из железной сетки, предотвращающий взрывную реакцию, произошло бы, если бы продукты реакции электролиза поступали контакт.
Исходным сырьем для ячейки Даунса является смесь 3:2 по массе CaCl ₂ и NaCl. Эта смесь используется, потому что она имеет температура плавления 580 ^o C, тогда как чистый хлорид натрия должен быть нагрет до более чем 800 ^o C, прежде чем он расплавится.
Электролиз водных NaCl
На рисунке ниже показан идеализированный рисунок ячейки, в которой водный раствор хлорида натрия подвергают электролизу.
И снова ионы Na ⁺ мигрируют в отрицательного электрода и ионы Cl ^– мигрируют в сторону положительный электрод. Но теперь есть два вещества, которые можно на катоде восстанавливаются: ионы Na ⁺ и молекулы воды.
Катод (-):
Na ⁺ + e ^– № E ^o _{красный} = -2. 71 В
2 Н ₂ О + 2 е ^– Н ₂ + 2 ОХ ^– E ^o _{красный} = -0,83 В
Поскольку восстанавливать воду намного легче, чем Na ⁺ ионов, единственным продуктом, образующимся на катоде, является газообразный водород.
Катод (-): 2 H ₂ O( l ) + 2 e ^– H ₂ ( г ) + 2 OH ^– ( водный )
Существуют также два вещества, которые могут окисляться при анод: ионы Cl ^– и молекулы воды.
Анод (+):
2 Кл ^– Класс ₂ + 2 е ^– E ^o _ox = -1,36 В
2 Н ₂ О O ₂ + 4 H ⁺ + 4 e ^– E ^o _ox = -1. 23 В
Потенциалы стандартного состояния для этих полуреакций таковы. близко друг к другу, что мы могли бы ожидать увидеть смесь Cl ₂ и O ₂ газ собирают на аноде. На практике единственным продукт этой реакции Cl ₂ .
Анод (+): 2 Кл ^– Класс ₂ + 2 е ^–
На первый взгляд, окислять воду легче ( E ^o _ox = -1.23 вольта), чем ионы Cl ^– ( E ^o _ox = -1,36 вольта). Однако стоит отметить, что клетка никогда не позволял достичь условий стандартного состояния. Решение обычно 25% NaCl по массе, что значительно снижает потенциал, необходимый для окисления иона Cl ^–. рН ячейка также поддерживается очень высокой, что снижает окисление потенциал для воды. Решающим фактором является явление, известное как перенапряжение , дополнительное напряжение, которое должно быть применяется к реакции, чтобы заставить ее происходить с той скоростью, с которой она имело бы место в идеальной системе.
В идеальных условиях потенциал 1,23 вольта большой достаточно для окисления воды до газа O ₂. Под реальным условиях, однако, может потребоваться гораздо большее напряжение для инициировать эту реакцию. (перенапряжение для окисления воды может достигать 1 вольта.) Тщательно выбирая электрод для максимального перенапряжения для окисления воды а затем тщательно контролируя потенциал, при котором клетка работает, мы можем гарантировать, что в этом реакция.
Таким образом, электролиз водных растворов натрия хлорид не дает таких продуктов, как электролиз расплавленного хлорид натрия. Электролиз расплавленного NaCl разлагает это складывается из его элементов.
электролиз
2 NaCl( л ) 2 Na( л ) + Cl ₂ ( г )
Электролиз водных растворов NaCl дает смесь газообразный водород и хлор и водный раствор гидроксида натрия решение.
электролиз
2 NaCl( водный ) + 2 H ₂ O( л ) 2 Na ⁺ ( водный раствор ) + 2 OH ^– ( водный раствор ) + H ₂ ( г ) + Cl ₂ ( г )
Поскольку спрос на хлор намного превышает спрос для натрия электролиз водного хлорида натрия является более важный коммерческий процесс.Электролиз водного раствора NaCl Решение имеет еще два преимущества. Он производит газ H ₂. на катоде, который можно собирать и продавать. Он также производит NaOH, который можно слить со дна электролизера. клетка и продана.
Вертикальная пунктирная линия на приведенном выше рисунке обозначает диафрагма, предотвращающая образование Cl ₂ на аноде в этой клетке от контакта с NaOH, который накапливается на катоде. При снятии этой диафрагмы с клетка, продукты электролиза водного раствора натрия хлорид реагирует с образованием гипохлорита натрия, который является первым шаг в приготовлении гипохлоритных отбеливателей, таких как Хлорокс.
Cl ₂ ( г ) + 2 OH ^– ( водный раствор ) Cl ^– ( водный ) + OCl ^– ( водный ) + H ₂ O( l )
Электролиз воды
Стандартный аппарат для электролиза воды показан на рисунок ниже.
электролиз
2 Н ₂ О( л ) 2 H ₂ ( г ) + O ₂ ( г)
Пара инертных электродов запаяна на противоположных концах контейнер для сбора H ₂ и O ₂ газ, выделяющийся в этой реакции. Затем электроды соединяются к батарее или другому источнику электрического тока.
Сама по себе вода является очень плохим проводником электричества. Мы поэтому добавьте в воду электролит, чтобы получить ионы, которые могут протекать через раствор, тем самым завершая электрический схема. Электролит должен быть растворим в воде. Это также должно быть относительно недорогим. Самое главное, он должен содержать ионы которые труднее окислять или восстанавливать, чем воду.
2 H ₂ O + 2 e ^– Н ₂ + 2 ОХ ^– E ^или _{красный} = -0.83 В
2 Н ₂ О O ₂ + 4 H ⁺ + 4 e ^– E ^o _ox = -1,23 В
Следующие катионы восстанавливаются труднее, чем вода: Li ⁺ , Rb ⁺, K ⁺, Cs ⁺, Ba ²⁺, Sr ²⁺ , Ca ²⁺ , Na ⁺ и Mg ²⁺ . Два из этих катионов являются более вероятными кандидатами, чем другие. потому что они образуют недорогие растворимые соли: Na ⁺ и К ⁺ .
Ион SO ₄ ^2- может быть лучшим анионом для использовать, потому что это самый трудный анион для окисления. То потенциал окисления этого иона до пероксидисульфат-иона равен -2,05 вольта.
2 SO ₄ ^2- S ₂ O ₈ ^2- + 2 e ^– E = -2.05 В
В водном растворе либо Na ₂ SO ₄ или K ₂ SO ₄ электролизуется в аппарате Как показано на рисунке выше, H ₂ газ собирается на одном электрод и O ₂ газ собирается на другом.
Что произойдет, если мы добавим такой индикатор, как бромтимол синий к этому аппарату? Бромтимоловый синий желтеет в кислой среде. растворах (pH < 6) и синего цвета в основных растворах (pH > 7.6). Согласно уравнениям двух полуреакций индикатор должен стать желтым на аноде и синим на катод.
Катод (-): 2 Н ₂ О + 2 е ^– Н ₂ + 2 ОХ ^–
Анод (+): 2 Н ₂ О O ₂ + 4 H ⁺ + 4 e ^–
Закон Фарадея
Закон электролиза Фарадея можно сформулировать следующим образом. количество вещества, потребленного или произведенного на одном из электродов в электролитической ячейке прямо пропорциональна количество электричества, которое проходит через клетку.
Чтобы использовать закон Фарадея, мы должны признать связь между током, временем и количеством электричества заряд, протекающий по цепи. По определению один кулон заряд передается при протекании тока силой 1 ампер в течение 1 секунды.
1 Кл = 1 ампер-с
Пример: Чтобы проиллюстрировать, как можно использовать закон Фарадея, давайте рассчитать количество граммов металлического натрия, которое образуется при катод при 10.Ток 0 ампер пропускают через расплавленный натрия хлорида в течение 4 часов.
Начнем с расчета количества электрического заряда, протекает через клетку.
Прежде чем мы сможем использовать эту информацию, нам нужен мост между эта макроскопическая величина и явление, происходящее на атомный масштаб. Этот мост представлен постоянной Фарадея, который описывает количество кулонов заряда, переносимого моль электронов.
Таким образом, количество молей электронов, переданных при Через ячейку может пройти 144 000 Кл электрического заряда. рассчитывается следующим образом.
Согласно сбалансированному уравнению реакции, которая происходит на катоде этой ячейки, мы получаем один моль натрия за каждый моль электронов.
Катод (-): Na ⁺ + e ^– №
Таким образом, мы получаем 1.49 молей или 34,3 грамма натрия в 4,00 часы.
Последствия этого вычисления интересный. Нам пришлось бы проводить этот электролиз более два дня, чтобы приготовить фунт натрия.
Мы можем расширить общий шаблон изложенные в этом разделе, чтобы ответить на вопросы, которые могут показаться невозможно на первый взгляд.
Электрохимия — обзор MCAT

Электролизер
электролиз
Требуется ввод потенциала/напряжения.На схеме это представлено батареей в цепи. Напротив, гальванический элемент имеет на своем месте либо резистор, либо вольтметр.
Входной потенциал/напряжение + потенциал ячейки должен быть > 0, чтобы происходили реакции.
Для электролитических ячеек потенциал ячейки отрицателен, поэтому для проведения электролиза должен присутствовать входной потенциал, превышающий величину потенциала ячейки.
Напротив, гальванические/гальванические элементы уже имеют положительный потенциал ячейки.Таким образом, для гальванических/гальванических элементов вход не требуется.
На приведенной выше диаграмме стрелки показаны красным цветом, поскольку батарея создает поток электронов. Обычно электроны хотели бы течь в другом направлении (или вообще не течь).
анод, катод
Следующие правила справедливы как для электролитических, так и для гальванических/гальванических элементов.
Анод всегда является местом, где происходит окисление.
Катод всегда является местом, где происходит восстановление.
Мнемоника:
An Ox = ANode OXidation
Red Cat = УМЕНЬШЕНИЕ CAThode
Анод испускает электроны, Катод принимает электроны.
электролит
Ионы = электролит.
Электролиты проводят электричество за счет движения ионов.
Без электролитов не будет цепи, потому что электричество не сможет путешествовать.
Закон Фарадея, связывающий количество элементов, осажденных (или выделившихся газов) на электроде, с током
Ток = кулон заряда в секунду.I = ^q / _t
Постоянная Фарадея = кулон заряда на моль электрона = общий заряд на общее количество молей электронов. F = ^q / _n .
q = It и q = nF, таким образом, получаем:
It = нФ
Ток x время = моль e ^– x постоянная Фарадея.
Используя это уравнение, вы можете найти n, моль электронов. Затем, используя стехиометрию половинного уравнения, вы можете узнать, сколько молей элемента образуется на каждое перенесенное е ^–.Например, 1 моль Cu осаждается на каждые 2 моля электронов для следующей полуреакции: Cu ²⁺ + 2e ^– → Cu.
электронный поток; окисление и восстановление на электродах
Электроны вылетают из анода, потому что там происходит окисление с потерей электронов. М → М ⁺ + е ^– .
Электроны движутся к катоду, где сталкиваются с катионами на поверхности катода. Это связано с тем, что на катоде происходит восстановление для получения электронов.М ⁺ + е ^– → М.
Мнемоника:
Нефтяная вышка : Окисление снижается e ^– Восстановление растет e ^– .
Окисление — увеличение заряда, Восстановление — уменьшение заряда.
Гальванический или гальванический элемент
полуреакций
Полуреакция окисления описывает соединения, которые теряют электроны (увеличивают заряд). Например, Cu → Cu ²⁺ + 2e ^–
Восстановительная полуреакция описывает частицы, которые приобретают электроны (уменьшают заряд). Например, 2Ag ⁺ + 2e ^– → 2Ag
восстановительные потенциалы; клеточный потенциал
Восстановительные потенциалы вы найдете в таблице:
Полуреакции Восстановительный потенциал (В) комментарии
Cl ₂ + 2e ^– → 2Cl ^– +1.359 Хлор имеет высокое сродство к электрону, он любит приобретать электроны и восстанавливаться.Таким образом, он имеет высокий восстановительный потенциал. Точно так же такие частицы, как кислород, галогены и нереакционноспособные металлы, имеют положительный восстановительный потенциал.
2H ⁺ + 2e ^– → H ₂ 0,000 Водород имеет стандартный потенциал восстановления, равный нулю
Na ⁺ + e ^– → Na -2,714 Натрий ненавидит свой электрон, он избавляется от него, чтобы получить полную внешнюю оболочку и быть стабильным как катион. Очень трудно направить электроны на стабильный катион, чтобы восстановить его. Таким образом, он имеет очень отрицательный восстановительный потенциал. Точно так же такие вещества, как калий и другие химически активные металлы, имеют отрицательный восстановительный потенциал.
Потенциал восстановления = потенциал полуреакции восстановления.
Потенциал окисления = потенциал полуреакции окисления = обратный знак потенциала восстановления.
Потенциал клетки = потенциал восстановления + потенциал окисления.
Например, потенциал гальванического элемента, показанного на диаграмме, равен:
Снижение потенциала Таблица
вид потенциал снижения (V)
AG (I) +0.799
CU (II) +0.337
снижение половины реакции : 2Ag ⁺ + 2e ^– → 2Ag
Восстановительный потенциал = +0,799
Полуреакция окисления: Cu → Cu ²⁺ + 2e ^–
Потенциал окисления = +0. 337 х -1 = -0,337
Потенциал ячейки = 0,799 – 0,337 = 0,462 В
Потенциал ячейки для всех гальванических/гальванических элементов положительный, потому что гальванический элемент генерирует потенциал.
Другой пример, потенциал ячейки для электролизера, показанный на диаграмме:
Полуреакция восстановления: Cu ²⁺ + 2e ^– → Cu
Восстановительный потенциал = +0,337
Половина реакции окисления: 2Ag → 2Ag ⁺ + 2e ^–
Потенциал окисления = +0.799 х -1
Потенциал ячейки = 0,337 – 0,799 = -0,462 В
Потенциал ячейки для всех электролитических ячеек отрицательный, потому что электролитическая ячейка требует ввода потенциала.
направление потока электронов
Электроны всегда текут от анода к катоду. Мнемоника: от А до С в алфавитном порядке. Или, подумайте о мощности переменного тока – A стоит на первом месте и означает анод)
Окисление (на аноде) производит электроны (и катионы) и выбрасывает электроны к катоду. Катод принимает эти электроны и использует их для восстановления.
Естественно, частицы с самым высоким потенциалом окисления (самым низким потенциалом восстановления) будут анодом, а частицы с самым высоким потенциалом восстановления будут катодом.
На приведенной выше диаграмме гальванический/гальванический элемент показывает естественный поток, поскольку Cu (более высокий потенциал окисления/низкий потенциал восстановления) является анодом, а Ag (более высокий потенциал восстановления) является катодом.
Однако электролизер показывает прямо противоположное.Чтобы заставить Cu быть катодом, а Ag — анодом, для управления реакцией используется батарея.
Электроны текут в проводах и электродах, а ионы текут в растворе электролита, создавая замкнутую цепь.
Катод – обзор | ScienceDirect Topics
Изготовление
Катоды изготавливаются методами порошковой обработки. Порошки катодного материала могут быть получены различными способами.Порошки размером порядка микрона могут быть получены путем измельчения в шаровой мельнице или измельчения сыпучих материалов до образования мелких частиц компонента. Затем крошечные частицы фильтруются, как правило, с помощью механических средств, чтобы получить распределение по размерам, необходимое для предполагаемой функции. Меньшие частицы порядка нанометров, также известные как наночастицы, образуются в результате твердофазной реакции составляющих оксидов. Наноразмерные порошки также могут быть получены химическим путем с помощью механизмов осаждения.
После производства катодного порошка существует, вероятно, столько же способов изготовления или нанесения катодов, сколько существует катодных материалов.Основной зависимостью процесса является конструкция ячейки. ТОТЭ могут поддерживаться анодом, катодом или электролитом, и катоды, подготовленные для любого из этих элементов, будут изготовлены с использованием различных процессов. Для трубчатых элементов с катодной опорой экструзия является основным процессом изготовления; пористые катодные трубки сначала экструдируют, а затем спекают при высоких температурах. Традиционно для трубчатых элементов, поддерживаемых анодом или электролитом, готовят катодную суспензию, а затем наносят ее на узел анод/электролит с помощью кистей/окрашивания или методом погружения.После нанесения катодной суспензии полную ячейку сушат с последующим спеканием. Во многих случаях температура спекания ниже для элементов с анодной опорой, чем для ячеек с катодной опорой, которые дают катоды с большей площадью поверхности.
Для ТОТЭ планарного типа с опорой на анод или электролит, как и у трубчатых элементов с опорой на анод или электролит, катодный слой обычно осаждается после подготовки сборки анод/электролит. Это делает возможными различные способы нанесения. Преобладающими методами, используемыми для нанесения катодов, являются суспензионное покрытие, трафаретная печать, литье ленты и распыление влажного порошка. Как и в случае геометрии трубчатого типа, катодную суспензию осаждают, сушат и спекают. Спекание катодов на основе манганита лантана с YSZ при температуре выше 1200 °C приводит к резкому изменению микроструктуры, поэтому предпочтительными являются более низкие температуры спекания подложки катода или температуры совместного спекания для ячейки.
Наконец, физические процессы также использовались для изготовления катодов, но они не используются регулярно. Например, вакуумное плазменное напыление было опробовано для изготовления всей сборки анод/электролит/катод.В этом подходе катодные слои наносятся на пористую подложку из металлического войлока.
Анод — точка назначения
Анод — это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство. В самой простой форме анод в электрохимии — это место, где происходит реакция окисления. Это положительно заряженный электрод, через который электроны покидают электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток выходит из электрического устройства.Распространенной мнемоникой является ACID, что означает «анодный ток в устройство». В батарее или другом источнике постоянного тока анодом является отрицательная клемма, а в пассивной нагрузке — положительная клемма. Направление обычного тока (потока положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода во внешнюю цепь. Как правило, на аноде отрицательные ионы или анионы из-за его электрического потенциала имеют тенденцию вступать в реакцию и испускать электроны.Это связано с тем, что электрод, подключенный к положительной клемме батареи, — это то место, куда отрицательно заряженные ионы теряют электроны, то есть окисляются. Это электрод или клемма, через которую ток поступает в электролитический элемент, гальванический элемент, батарею и т. д.
В гальваническом элементе анодом является электрод, на котором происходит реакция окисления. Например, в электронной трубке электроны от катода перемещаются по трубке к аноду, а в гальванической ячейке отрицательные ионы осаждаются на аноде.Если мы возьмем гальванический элемент, анод имеет отрицательный характер, и электроны в основном движутся к внешней части цепи. В электролитической ячейке он снова положительный. В электрохимической ячейке он отрицательный, потому что он имеет отрицательный потенциал по отношению к раствору, в то время как анод в электролитической ячейке положительный, потому что он подключен к положительной клемме батареи.
Анодом также является проволока или пластина, имеющие избыточный положительный заряд. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду.Аноды образуют поверхность, на которой происходит окисление топлива с ячейкой, поэтому правильная конструкция и выбор материалов жизненно важны для высокой производительности и долговечности. Исторически анод также был известен как цинкод.
Это положительно заряженный электрод.