ما هي الأنود والكاثود؟

الأنود والكاثود هي أنواع الأقطاب الموجودة في الخلايا الكهروكيميائية. هذه هي الأجهزة القادرة على إنتاج الطاقة الكهربائية من خلال تفاعل كيميائي. الخلايا الكهروكيميائية الأكثر استخدامًا هي البطاريات.

هناك نوعان من الخلايا الكهروكيميائية ، الخلايا الكهربية والخلايا الجلفانية أو الفولتية. في الخلايا الإلكتروليتية ، لا يحدث التفاعل الكيميائي الذي ينتج الطاقة بشكل تلقائي ، لكن التيار الكهربائي يتحول إلى تفاعل كيميائي لتقليل الأكسدة.

تتكون الخلية الغلفانية من خليتين نصفيتين. ترتبط هذه من عنصرين ، موصل معدني وجسر الملح.

يقوم الموصل الكهربائي ، كما يشير اسمه ، بتوصيل الكهرباء لأنه ليس لديه مقاومة تذكر لحركة الشحن الكهربائي. أفضل السائقين وعادة ما تكون المعادن.

جسر الملح عبارة عن أنبوب يربط بين الخليتين النصفيتين ، مع الحفاظ على التلامس الكهربائي مع نفسه ، ودون ترك مكونات كل خلية متصلة. تحتوي كل خلية نصف خلية كلفانية على قطب كهربائي وكهارل.

عندما يحدث التفاعل الكيميائي ، تفقد إحدى الخلايا النصفية الإلكترونات إلى إلكترودها ، من خلال عملية الأكسدة ؛ بينما يكسب الآخر الإلكترونات لقطبه ، من خلال عملية الاختزال.

تحدث عمليات الأكسدة في الأنود ، وعمليات الاختزال في الكاثود

تعريف الأنود والكاثود

الأنود

اسم الأنود يأتي من اليونانية ανά (aná): للأعلى و οδός (odós): way. كان فاراداي هو الشخص الذي صاغ هذا المصطلح في القرن التاسع عشر.

أفضل تعريف للأنود هو القطب الذي يفقد الإلكترونات في تفاعل الأكسدة. عادة ما يكون مرتبطًا بالقطب الموجب لعبور التيار الكهربائي ، ولكن هذا ليس هو الحال دائمًا.

على الرغم من أن القطب الموجب في البطاريات هو القطب الموجب ، إلا أنه في عكس الأضواء ، يكون القطب الموجب هو القطب السالب.

عادة يتم تحديد اتجاه التيار الكهربائي ، معربًا عن تقديره للشعور بالرسوم المجانية ، ولكن إذا لم يكن الموصل معدنيًا ، فإن الشحنات الإيجابية التي يتم إنتاجها يتم نقلها إلى الموصل الخارجي.

هذه الحركة تعني أن لدينا شحنة موجبة وسالبة تتحرك في اتجاهين متعاكسين ، لذلك يقال أن اتجاه التيار هو مسار الشحنات الموجبة للكاتيونات الموجودة في القطب الموجب نحو الشحنة سالبة للأنودة التي هي في الكاثود.

في الخلايا الجلفانية ، التي لها موصل معدني ، يتبع التيار المتولد في التفاعل المسار من القطب الموجب إلى القطب السالب.

ولكن في الخلايا الإلكتروليتية ، من خلال عدم وجود موصل معدني ، ولكن بالكهرباء ، يمكن العثور على أيونات ذات شحنة موجبة وسالبة تتحرك في اتجاهين متعاكسين.

تستقبل الأنودات الحرارية معظم الإلكترونات التي تأتي من الكاثود ، تسخن الأنود وتضطر إلى إيجاد طريقة لتبديده. يتم توليد هذه الحرارة في الجهد الذي يحدث بين الإلكترونات.

الأنودات الخاصة

هناك أنواع خاصة من الأنودات ، مثل تلك الموجودة داخل الأشعة السينية ، وفي هذه الأنابيب ، تولد الطاقة التي تنتجها الإلكترونات ، بالإضافة إلى إنتاج الأشعة السينية ، طاقة كبيرة تسخن الأنود.

يتم إنتاج هذه الحرارة عند اختلاف الجهد بين القطبين وتمارس الضغط على الإلكترونات. عندما تتحرك الإلكترونات في التيار الكهربائي ، فإنها تضرب الأنود الذي ينقل حرارته.

أشعة الكاثود

الكاثود هو القطب ذو الشحنة السالبة ، والذي في التفاعل الكيميائي يخضع لتفاعل الاختزال ، حيث يتم تقليل حالة الأكسدة عندما يتلقى الإلكترونات.

كما هو الحال مع الأنود ، كان فاراداي هو الذي اقترح مصطلح الكاثود الذي يأتي من اليونانية τάατά [catá]: "للأسفل" ، و "[odós]:" camino ". في هذا القطب ، نسبت الشحنة السالبة إليها مع مرور الوقت.

كانت هذه الطريقة خاطئة ، حيث إنها تعتمد على الجهاز الذي توجد به ، وهي تحتوي على حمولة أو أخرى.

تنشأ هذه العلاقة مع القطب السالب ، كما هو الحال مع القطب الموجب ، من افتراض أن التيار يتدفق من القطب الموجب إلى القطب السالب. هذا ينشأ داخل خلية كلفانية.

داخل الخلايا الإلكتروليتية ، يمكن أن تتعايش وسائل نقل الطاقة ، وليس في المعدن بل في المنحل بالكهرباء ، الأيونات السالبة والإيجابية التي تتحرك في اتجاهين متعاكسين. ولكن بالاتفاق ، يقال أن التيار ينتقل من الأنود إلى الكاثود.

الكاثودات الخاصة

نوع واحد من الكاثودات المحددة هي الكاثودات الحرارية. في هذه ، الكاثود تنبعث الإلكترونات عن طريق تأثير الحرارة.

في الصمامات الحرارية ، يمكن للالكاثود تسخين نفسه من خلال تعميم تيار التدفئة في خيوط مقترنة به.

رد فعل التوازن

إذا أخذنا خلية كلفانية ، وهي الخلية الكهروكيميائية الأكثر شيوعًا ، يمكننا صياغة تفاعل التوازن الذي يتم إنشاؤه.

كل خلية نصف تتكون من خلية كلفانية لها جهد مميز يعرف باسم إمكانات الخفض. داخل كل نصف خلية يحدث تفاعل الأكسدة بين الأيونات المختلفة.

عندما يصل هذا التفاعل إلى توازن ، لا يمكن للخلية أن توفر مزيدًا من التوتر. في هذا الوقت ، سيكون للأكسدة التي تحدث في نصف الدائرة في تلك اللحظة قيمة إيجابية كلما اقتربت من التوازن. ستكون إمكانات رد الفعل أكبر كلما تم الوصول إلى مزيد من التوازن.

عندما يكون الأنود في حالة توازن ، يبدأ بفقد الإلكترونات التي تمر عبر الموصل إلى الكاثود.

عند الكاثود ، يحدث تفاعل الاختزال ، وكلما كان التوازن بعيدًا عن التوازن كلما زاد احتمال حدوث التفاعل عندما تأتي الإلكترونات من الأنود.