Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Схема цинкового анода в гальванической ячейке . Обратите внимание, как электроны выходят из ячейки, а обычный ток движется в нее в противоположном направлении.

Анод представляет собой электрод , через который обычный ток входит в поляризованном электрическое устройство. Это контрастирует с катодом , электродом, через который обычный ток выходит из электрического устройства. Распространенным мнемоническим символом является ACID, что означает «ток анода в устройство». [1] Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов , поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода гальванического элемента во внешнюю или внешнюю цепь, подключенную к клетка. И в гальванической, и в электролитической ячейках, анод - это электрод, на котором происходит реакция окисления .

В электролитической ячейке , то анод представляет собой проволоку или пластину , имеющие избыточный положительный заряд. [2] Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду, где они могут подвергнуться окислению.

Исторически анод также был известен как цинкод .

Схема оплаты [ править ]

Термины анод и катод определяются не полярностью напряжения электродов, а направлением тока через электрод. Анод - это электрод, через который обычный ток (положительный заряд) течет в устройство из внешней цепи, а катод - это электрод, через который обычный ток выходит из устройства. Если ток через электроды меняет направление, как это происходит, например, в перезаряжаемой батарее, когда она заряжается, имена электродов анодом и катодом меняются местами.

Обычный ток зависит не только от направления движения носителей заряда , но и от электрического заряда носителей . Токи вне устройства обычно переносятся электронами в металлическом проводнике. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, направление потока электронов противоположно направлению обычного тока. Следовательно, электроны покидают устройство через анод и попадают в устройство через катод.

Определение анода и катода отличается для электрических устройств, таких как диоды и вакуумные лампы, где обозначение электродов фиксировано и не зависит от фактического потока заряда (тока). Эти устройства обычно позволяют протекать значительный ток в одном направлении, но незначительный ток в другом направлении. Поэтому электроды названы в зависимости от направления этого «прямого» тока. В диоде анод - это вывод, через который проходит ток, а катод - это вывод, через который ток выходит, когда диод смещен в прямом направлении.. Названия электродов не меняются в случаях, когда через устройство протекает обратный ток. Точно так же в вакуумной трубке только один электрод может излучать электроны в вакуумированную трубку из-за нагрева нитью накала, поэтому электроны могут попасть в устройство только из внешней цепи через нагретый электрод. Поэтому этот электрод постоянно называют катодом, а электрод, через который электроны выходят из трубки, называют анодом.

Примеры [ править ]

Направление электрического тока и электронов вторичной батареи во время разряда и заряда.

Полярность напряжения на аноде по отношению к соответствующему катоду изменяется в зависимости от типа устройства и от его режима работы. В следующих примерах анод является отрицательным в устройстве, которое обеспечивает питание, и положительным в устройстве, которое потребляет энергию:

В разряжающемся аккумуляторе или гальваническом элементе (диаграмма слева) анод является отрицательной клеммой, потому что именно здесь обычный ток течет в элемент. Этот входящий ток переносится извне электронами, движущимися наружу, отрицательный заряд, текущий в одном направлении, электрически эквивалентен положительному заряду, текущему в противоположном направлении.

В перезаряжаемой батарее или электролитической ячейке анод - это положительный полюс, на который поступает ток от внешнего генератора. Ток через перезаряжаемую батарею противоположен направлению тока во время разряда; другими словами, электрод, который был катодом во время разряда батареи, становится анодом, пока батарея заряжается.

Эта неоднозначность в обозначении анода и катода вызывает путаницу в проектировании аккумуляторов, поскольку необходимо, чтобы анод и катод были связаны с уникальными физическими компонентами. Обычно электрод батареи, который выделяет электроны во время разряда, называют анодом или отрицательным (-) электродом, а электрод, который поглощает электроны, - катодом или положительным (+). электрод.

Обозначение физических электродов положительным (+) или отрицательным (-) имеет дополнительное преимущество, поскольку эта терминология одинаково хорошо применима как к условиям заряда / разряда аккумуляторных батарей, так и к электрохимии и электронным устройствам.

В диоде анод - это положительный вывод на конце символа стрелки (плоская сторона треугольника), где ток течет в устройство. Обратите внимание, что название электродов для диодов всегда основано на направлении прямого тока (направление, указанное стрелкой, в котором ток течет «наиболее легко»), даже для таких типов, как стабилитроны или солнечные элементы, где интересующий ток - это обратный ток.

В вакуумных трубках или газонаполненных трубках анод - это вывод, через который ток входит в трубку.

Этимология [ править ]

Это слово было придумано в 1834 году от греческого ἄνοδος ( анодос ), «восхождение», Уильямом Уэвеллом , с которым Майкл Фарадей посоветовался [3] по поводу некоторых новых имен, необходимых для завершения статьи о недавно открытом процессе электролиза . В этой статье Фарадей объяснил, что, когда электролитическая ячейка ориентирована так, что электрический ток проходит через «разлагающееся тело» (электролит) в направлении «с востока на запад, или, что усиливает эту помощь памяти, то, в чем солнце кажется движущимся ", анод там, где ток входит в электролит, на восточной стороне:" анод вверх, одос путь;путь восхода солнца ".[4] [5]

Использование слова «восток» для обозначения направления «внутрь» (на самом деле «в» → «восток» → «восход солнца» → «вверх») может показаться надуманным. Ранее, как указано в первой ссылке, процитированной выше, Фарадей использовал более простой термин «эизод» (проход, через который входит ток). Его мотивация изменить его на что-то, означающее «восточный электрод» (другими кандидатами были «восточный электрод», «ориод» и «анатолод»), заключалась в том, чтобы сделать его невосприимчивым к возможному более позднему изменению соглашения о направлении тока, чья точная природа была неизвестна в то время. Ссылкой, которую он использовал для этого эффекта, было направление магнитного поля Земли, которое в то время считалось неизменным. Он принципиально определил свою произвольную ориентацию ячейки как такую, при которой внутренний ток будет проходить параллельно и в том же направлении, что и гипотетическая петля тока намагничивания вокруг локальной линии широты, которая индуцирует магнитный диполь.поле ориентировано как у Земли. Это сделало внутренний поток с востока на запад, как упоминалось ранее, но в случае более позднего изменения конвенции он стал бы с запада на восток, так что восточный электрод больше не был бы «входом». Следовательно, «эизод» стал бы неуместным, тогда как «анод», означающий «восточный электрод», остался бы правильным в отношении неизменного направления фактического явления, лежащего в основе тока, тогда неизвестного, но, как он думал, однозначно определяемого магнитным эталоном. . Оглядываясь назад, смена названия была неудачной не только потому, что одни только греческие корни больше не раскрывают функцию анода, но, что более важно, потому что, как мы теперь знаем, направление магнитного поля Земли, на которое «анод»срок основан, может быть измененв то время как нынешнее соглашение о направлении, на котором был основан термин "эизод", не имеет причин для изменения в будущем.

После более позднего открытия электрона , более легкого для запоминания и более надежного исправления технически, хотя исторически ложного, была предложена этимология: анод, от греческого anodos , «путь вверх», «путь (вверх) из ячейки (или другое устройство) для электронов ».

Электролитический анод [ править ]

В электрохимии , то анод , где окисление происходит и является положительной полярности контакта в электролитической ячейке . [6] На аноде анионы (отрицательные ионы) под действием электрического потенциала вынуждены вступать в химическую реакцию и испускать электроны (окисление), которые затем текут вверх и попадают в цепь управления. Мнемоника: LEO Red Cat (потеря электронов - окисление, восстановление происходит на катоде), или AnOx Red Cat (окисление анода, восстановительный катод), или OIL RIG (окисление - это потеря, восстановление - это усиление электронов), или римско-католический и православный (Восстановление - Катод, анод - Окисление) или LEO, лев говорит GER (Потеря электронов - это окисление, получение электронов - это восстановление).

Этот процесс широко используется при рафинировании металлов. Например, при рафинировании меди медные аноды, промежуточный продукт из печей, подвергают электролизу в соответствующем растворе (таком как серная кислота ), чтобы получить катоды высокой чистоты (99,99%). Медные катоды, полученные с помощью этого метода, также называют электролитической медью .

Исторически сложилось так, что когда для электролиза требовались инертные аноды, выбирались графит (во времена Фарадея его называли плюмбаго) или платина. [7] Было обнаружено, что они являются одними из наименее реактивных материалов для анодов. Платина разрушается очень медленно по сравнению с другими материалами, а графит крошится и может выделять диоксид углерода в водных растворах, но в остальном не участвует в реакции.

Анод батареи или гальванического элемента [ править ]

Гальванический элемент

В батарее или гальваническом элементе анодом является отрицательный электрод, от которого электроны текут во внешнюю часть цепи. Внутри положительно заряженные катионы уходят от анода (даже если он отрицательный и, следовательно, ожидается, что он их притянет, это связано с электродным потенциаломотносительно раствора электролита, различающегося для систем анодный и катодный металл / электролит); но вне ячейки в цепи электроны выталкиваются наружу через отрицательный контакт и, таким образом, через цепь потенциалом напряжения, как и следовало ожидать. Примечание: в гальванической ячейке, в отличие от электролитической ячейки, анионы не поступают к аноду, внутренний ток полностью объясняется катионами, вытекающими от него (см. Рисунок).

Положительный и отрицательный электрод по сравнению с анодом и катодом для вторичной батареи

Производители батарей могут рассматривать отрицательный электрод как анод [8], особенно в своей технической литературе. Хотя это технически неверно, оно решает проблему того, какой электрод является анодом во вторичной (или перезаряжаемой) ячейке. Согласно традиционному определению, анодное переключение заканчивается между циклами зарядки и разрядки.

Анод для вакуумной трубки [ править ]

Схема в разрезе триодной вакуумной лампы с изображением пластины (анода)

В электронных вакуумных устройствах, таких как электронно-лучевая трубка , анод является сборщиком положительно заряженных электронов. В трубке анод представляет собой заряженную положительную пластину, которая собирает электроны, испускаемые катодом за счет электрического притяжения. Это также ускоряет поток этих электронов.

Диодный анод [ править ]

В полупроводниковом диоде анодом является слой с примесью фосфора, который изначально создает дырки в переходе. В области перехода дырки, поступающие от анода, объединяются с электронами, поступающими из области с примесью азота, создавая обедненную зону. Поскольку слой, легированный P, поставляет дырки в обедненную область, отрицательные ионы примеси остаются в слое, легированном P («P» для ионов положительных носителей заряда). Это создает основной отрицательный заряд на аноде. Когда положительное напряжение прикладывается к аноду диода из схемы, больше отверстий может быть перенесено в обедненную область, и это заставляет диод стать проводящим, позволяя току течь через цепь. Термины анод и катод не следует применять к стабилитронам., поскольку он позволяет течь в любом направлении, в зависимости от полярности приложенного потенциала (т. е. напряжения).

Жертвенный анод [ править ]

Основная статья: Жертвенный анод
Расходные аноды, устанавливаемые «на лету» для защиты металлических конструкций от коррозии.

При катодной защите металлический анод, который более реагирует на коррозионную среду, чем металлическая система, которую необходимо защитить, электрически связан с защищаемой системой. В результате металлический анод частично корродирует или растворяется вместо металлической системы. Например, корпус корабля из железа или стали может быть защищен цинковым жертвенным анодом , который растворяется в морской воде и предотвращает коррозию корпуса. Жертвенные аноды особенно необходимы для систем, в которых статический заряд создается под действием текущих жидкостей, таких как трубопроводы и гидроциклы. Протекторные аноды также обычно используются в водонагревателях резервуарного типа.

В 1824 году, чтобы уменьшить воздействие этого разрушающего электролитического воздействия на корпуса судов, их крепления и подводное оборудование, ученый-инженер Хамфри Дэви разработал первую и до сих пор наиболее широко используемую систему защиты от электролиза на море. Дэви установил расходуемые аноды, сделанные из более электрически реактивного (менее благородного) металла, прикрепленные к корпусу судна и электрически подключенные для образования цепи катодной защиты.

Менее очевидным примером такого типа защиты является процесс цинкования железа. Этот процесс покрывает железные конструкции (например, ограждения) металлическим цинковым покрытием . Пока цинк остается неповрежденным, железо защищено от воздействия коррозии. Неизбежно происходит повреждение цинкового покрытия в результате растрескивания или физического повреждения. Когда это происходит, коррозионные элементы действуют как электролит, а комбинация цинк / железо - как электроды. Результирующий ток гарантирует, что цинковое покрытие будет потеряно, но основное железо не подвергнется коррозии. Такое покрытие может защитить железную конструкцию на несколько десятилетий, но как только защитное покрытие израсходовано, железо быстро корродирует.

Если, наоборот, олово используется для покрытия стали, то при нарушении покрытия оно фактически ускоряет окисление железа.

Анод под давлением [ править ]

Другая катодная защита используется на аноде с наложенным током. [9] Он изготовлен из титана и покрыт смешанным оксидом металлов . В отличие от жертвенного анодного стержня, анод с подаваемым током не жертвует своей структурой. Эта технология использует внешний ток, обеспечиваемый источником постоянного тока, для создания катодной защиты. [10] Аноды с наведенным током используются в более крупных конструкциях, таких как трубопроводы, лодки и водонагреватели. [11]

Связанный антоним [ править ]

Противоположность аноду - катод . Когда ток через устройство меняет направление, электроды переключаются, так что анод становится катодом, а катод становится анодом, пока применяется обратный ток, за исключением диодов, в которых название электродов всегда основано на направлении прямого тока.

См. Также [ править ]

  • Анодирование
  • Гальванический анод
  • Газонаполненная трубка
  • Первичная ячейка
  • Редокс (восстановление – окисление)

Ссылки [ править ]

  1. ^ Денкер, Джон (2004). «Как определить анод и катод» . av8n.com . Архивировано из оригинала 28 марта 2006 года .
  2. ^ Полинг, Линус; Полинг, Питер (1975). Химия . Сан-Франциско: WH Freeman. ISBN 978-0716701767. OCLC  1307272 .
  3. ^ Росс, S (1961). "Фарадей консультирует ученых: истоки терминов электрохимии". Примечания и отчеты Лондонского королевского общества . 16 (2): 187–220. DOI : 10,1098 / rsnr.1961.0038 . S2CID 145600326 . 
  4. ↑ Фарадей, Майкл (январь 1834 г.). «Экспериментальные исследования в области электричества. Седьмая серия» . Философские труды Королевского общества . 124 (1): 77. Bibcode : 1834RSPT..124 ... 77F . DOI : 10,1098 / rstl.1834.0008 . S2CID 116224057 . Архивировано 9 декабря 2017 года. в котором Фарадей вводит слова электрод , анод , катод , анион , катион , электролит , электролиз
  5. ^ Фарадей, Майкл (1849). «Экспериментальные исследования в области электричества» . 1 . hdl : 2027 / uc1.b4484853 . Архивировано 9 декабря 2017 года. Cite journal requires |journal= (help) Переиздание
  6. ^ McNaught, AD; Уилкинсон, А. (1997). Сборник химической терминологии ИЮПАК (2-е изд.). Оксфорд: Научные публикации Блэквелла. DOI : 10.1351 / goldbook.A00370 . ISBN 978-0-9678550-9-7.
  7. ^ Фарадей, Майкл (1849). Экспериментальные исследования в электричестве . 1 . Лондон: Лондонский университет.
  8. ^ "Что такое анод, катод и электролит?" . Страница часто задаваемых вопросов Duracell . Проверено 24 октября 2020 года .
  9. ^ https://www.specialistcastings.com/anodes/impressed-current-protection-anodes/#:~:text=Impressed%20Current%20Protection%20Anodes%2C%20(sometimes,metal%20structure%20to%20be%20protected
  10. ^ https://www.corrosionpedia.com/definition/2186/impressed-current-anode
  11. ^ https://www.corroprotec.com/powered-anode-rod/

Внешние ссылки [ править ]

  • Сайт катодно-лучевой трубки
  • Как определить анод и катод
  • Образовательная страница Valence Technologies Inc. по батареям
  • Техническая библиотека катодной защиты