הקטודה לאנודה הם סוגים של אלקטרודות שנמצא בתאים אלקטרוכימיים. מדובר במכשירים המסוגלים לייצר אנרגיה חשמלית באמצעות תגובה כימית. התאים האלקטרוכימיים המשומשים ביותר הם סוללות.
ישנם שני סוגים של תאים אלקטרוכימיים, תאים אלקטרוליטיים ותאים גלווניים או וולטיים. בתאים אלקטרוליטיים, התגובה הכימית המייצרת אנרגיה אינה מתרחשת באופן ספונטני, אך הזרם החשמלי הופך לתגובה להפחתת חמצון כימית.
התא הגלווני מורכב משני מחצית התאים. אלה מחוברים על ידי שני אלמנטים, מוליך מתכתי וגשר מלח.
המוליך החשמלי, כשמו כן הוא, מוליך חשמל מכיוון שיש לו מעט מאוד התנגדות לתנועת המטען החשמלי. המוליכים הטובים ביותר הם בדרך כלל מתכת.
גשר המלח הוא צינור המחבר בין שני תאי החצי, תוך שמירה על המגע החשמלי שלהם, ובלי לתת לרכיבי כל תא להתאחד, כל חצי תא של התא הגלווני מכיל אלקטרודה ואלקטרוליט.
כאשר התגובה הכימית מתרחשת, אחד מחצי התאים מאבד אלקטרונים לעבר האלקטרודה שלו, דרך תהליך החמצון; בעוד שהשני מרוויח אלקטרונים עבור האלקטרודה שלו, דרך תהליך ההפחתה.
תהליכי חמצון מתרחשים באנודה ותהליכי הפחתה בקתודה
אָנוֹדָה
שמו של האנודה מקורו ב- ανά (aná) היווני: כלפי מעלה, ו- οδός (odós): דרך. פאראדיי היה זה שטבע מונח זה במאה ה -19.
ההגדרה הטובה ביותר לאנודה היא האלקטרודה שמאבדת אלקטרונים בתגובת חמצון. בדרך כלל זה קשור לקוטב החיובי של מעבר זרם חשמלי, אך זה לא תמיד המקרה.
למרות שבסוללות האנודה היא הקוטב החיובי, בנורות LED זה ההפך, כאשר האנודה היא הקוטב השלילי.
בדרך כלל מוגדר כיוון הזרם החשמלי, ומעריך אותו כיוון המטענים החופשיים, אך אם המוליך אינו מתכתי, המטענים החיוביים המופקים מועברים למוליך החיצוני.
תנועה זו מרמזת שיש לנו מטענים חיוביים ושליליים שנעים בכיוונים מנוגדים, כך שנאמר כי כיוון הזרם הוא מסלול המטענים החיוביים של הקטיונים שנמצאים באנודה לכיוון המטען השלילי של האנודים נמצא בקתודה.
בתאים גלווניים, בעלי מוליך מתכתי, הזרם הנוצר בתגובה אכן עובר בדרך מהקוטב החיובי לקוטב השלילי.
אך בתאים אלקטרוליטיים, מכיוון שאין להם מוליך מתכתי, אלא אלקטרוליט, ניתן למצוא יונים עם מטען חיובי ושלילי שנעים בכיוונים מנוגדים.
אנודות טרמיוניות מקבלות את מרבית האלקטרונים המגיעים מהקתודה, מחממים את האנודה וצריכים למצוא דרך להפיץ אותה. חום זה נוצר במתח המתרחש בין האלקטרונים.
אנודות מיוחדות
יש סוג מיוחד של אנודה, כמו אלו הנמצאים בתוך קרני רנטגן, בצינורות אלה האנרגיה המיוצרת על ידי אלקטרונים, בנוסף לייצור קרני רנטגן, מייצרת אנרגיה רבה המחממת את האנודה.
חום זה מופק במתח השונה בין שתי האלקטרודות המפעיל לחץ על האלקטרונים. כאשר אלקטרונים נעים בזרם החשמלי הם משפיעים על האנודה ומעבירים את החום אליו.
קָטוֹדָה
הקתודה היא האלקטרודה בעלת מטען שלילי, שבתגובה הכימית עוברת תגובת צמצום, שם מצמצם את מצב החמצון שלה כאשר הוא מקבל אלקטרונים.
בדומה לאנודה, היה זה פאראדיי שהציע את המונח קתודה, שמקורו בכיתוב היווני: 'מטה', ו- ὁδός: 'דרך'. לאלקטרודה זו, המטען השלילי יוחס לאורך זמן.
גישה זו התבררה כשגויה, שכן תלוי במכשיר בו הוא נמצא, יש לו עומס כזה או אחר.
קשר זה עם הקוטב השלילי, כמו עם האנודה, נובע מההנחה שזרם זורם מהקוטב החיובי לקוטב השלילי. זה מתרחש בתוך תא גלווני.
בתוך תאים אלקטרוליטיים, המדיום להעברת אנרגיה, לא נמצא במתכת אלא באלקטרוליט, יונים שליליים וחיוביים יכולים להתקיים בכפיפה אחת הנעה בכיוונים מנוגדים. אבל כמוסכמת, אומרים שהזרם עובר מהאנודה לקתודה.
קתודות מיוחדות
סוג אחד של קתודות ספציפיות הם קתודות תרמיוניות. באלה הקתודה פולטת אלקטרונים בגלל השפעת החום.
בשסתומים תרמיים, הקתודה יכולה לחמם את עצמה על ידי זרימת זרם חימום בחוט נימה המחובר אליו.
תגובת שיווי משקל
אם ניקח תא גלווני, שהוא התא האלקטרוכימי הנפוץ ביותר, נוכל לנסח את תגובת שיווי המשקל שנוצרת.
לכל חצי תא שמרכיב את התא הגלווני יש מתח אופייני המכונה פוטנציאל ההפחתה. בתוך כל חצי תא, מתרחשת תגובת חמצון בין היונים השונים.
כאשר תגובה זו מגיעה לשיווי משקל, התא אינו יכול לספק עוד מתח. בשלב זה, לחמצון שמתרחש בתא החצי באותו הרגע יהיה ערך חיובי ככל שהוא קרוב יותר לשיווי משקל. פוטנציאל התגובה יהיה גדול יותר ככל שיושג שיווי משקל.
כאשר האנודה נמצאת בשיווי משקל, היא מתחילה לאבד אלקטרונים העוברים דרך המוליך לקתודה.
תגובת ההפחתה מתרחשת בקתודה, ככל שהיא משווי משקל, כך תהיה התגובה לפוטנציאל רב יותר כאשר היא מתרחשת ולוקחת את האלקטרונים המגיעים מהאנודה.
הפניות
- HUHEEY, James E., et al. כימיה אורגנית: עקרונות מבנה ותגובתיות. פירסון חינוך הודו, 2006.
- SIENKO, Michell J.; ROBERT, A. כימיה: עקרונות ותכונות. ניו יורק, ארה"ב: מקגרו היל, 1966.
- BRADY, James E. כימיה כללית: עקרונות ומבנה. וויילי, 1990.
- PETRUCCI, Ralph H., et al. כימיה כללית . קרן חינוך בין אמריקאית, 1977.
- מסטרון, וויליאם ל .; HURLEY, ססיל נ. כימיה: עקרונות ותגובות. לימוד Cengage, 2015.
- BABOR, Joseph A.; BABOR, JoseJoseph A.; AZNÁREZ, חוסה איברז. כימיה כללית מודרנית: מבוא לכימיה פיזיקלית וכימיה תיאורית גבוהה יותר (אורגני, אורגני וביוכימיה). מארין, 1979.
- שרלוט, גסטון; TRÉMILLON, ברנרד; BADOZ-LAMBLING, J. תגובות אלקטרוכימיות. טוראי-מסון, 1969.