Анод в химии: Анод, катод, положительный и отрицательный: основы химии батарей

Анод, катод, положительный и отрицательный: основы химии батарей

04 мая 2020г.

В последнее время были совершены важные открытия в области аккумуляторных батарей (иногда называемых вторичными элементами), и большую часть этой работы можно отнести к разработке электромобилей. Эта работа помогла получить Нобелевскую химическую премию 2019 года за разработку литий-ионных аккумуляторов. Следовательно, термины «анод», «катод», «положительный» и «отрицательный» приобрели все большую важность.

В статьях о новых батарейных электродах и станциях циклирования батарей часто используются названия анод и катод без указания того, разряжается ли батарея или заряжается. Термины анод, катод, положительный и отрицательный не являются синонимами, их иногда можно спутать, что может привести к ошибкам.

Цель этой статьи — прояснить и четко определить эти разные термины.

Реакции окисления и восстановления

Реакция окисления является электрохимической реакцией, которая производит электроны. Электрохимическая реакция, которая происходит на отрицательном элементе цинкового электрода никель-цинковой батареи во время разряда:
 

Zn + 4OH^— → Zn (OH) ^2-₄ + 2e^—
 

реакция окисления. Окисление — это потеря электронов.

Реакция восстановления — это электрохимическая реакция, которая потребляет электроны. Электрохимическая реакция, происходящая на положительной стороне литий-ионного аккумулятора во время разряда:
 

Li₁ — _xCoO₂ + XLI⁺+ Xe^— → LiCoO₂
 

является реакцией восстановления. Сокращение — это выигрыш электронов.

Анод, катод

• Анод — это электрод, в котором происходит реакция окисления. Потенциал анода, через который протекает ток, выше его равновесного потенциала: E_a (I)> E^{_{I = 0}} (рис. 1).
• Катод — это электрод, в котором происходит реакция восстановления. Потенциал катода, через который протекает ток, ниже его равновесного потенциала: E_c (I) < E_{I = 0} (рис. 1).

Рис.1: (E

_I≠0−E_I=0) I > 0

Положительные и отрицательные электроды

Два электрода батареи или аккумулятора имеют разные потенциалы. Электрод с более высоким потенциалом упоминается как положительный, электрод с более низким потенциалом упоминается как отрицательный. Электродвижущая сила, эдс в V батареи — это разность потенциалов положительного и отрицательного электродов, когда батарея не работает.

Исследуя батарею

Разряд батареи

Во время разряда напряжение элемента U, разность между положительным и отрицательным, уменьшается (рис. 2, 3).

• Потенциал положительного электрода E⁺_I≠0 становится меньше его значения в состоянии покоя E⁺_{I = 0} : E⁺_I≠0  → положительный электрод является катодом.
• Потенциал отрицательного электрода E^—_I≠0 становится больше его значения в состоянии покоя E^—_I=0 : E^—_I>0 > E^—_I=0 → отрицательный электрод является анодом.

Рис. 2: Разряд и заряд батареи: слева — потенциальное изменение положительного и отрицательного электродов; справа — изменение напряжения батареи

Зарядка аккумулятора

Во время зарядки напряжение элемента U, разность между положительным и отрицательным, увеличивается (рис. 2, 3).

• Потенциал положительного электрода E⁺_I≠0 становится больше его значения в состоянии покоя E⁺_I=0 : E⁺_I>0 > E⁺_I=0 → положительный электрод является анодом.
• Потенциал отрицательного электрода E^—_I≠0 становится меньше его значения в состоянии покоя E^—_I=0 : E^—_I<0  < E^—_I=0 → отрицательный электрод является катодом.

Рис. 3: Разрядка / зарядка вторичной батареи, представленной в виде электрохимической ячейки, с электронами и направлением тока.

Вывод

При обычном использовании перезаряжаемой батареи потенциал положительного электрода как при разряде, так и при перезарядке остается больше, чем потенциал отрицательного электрода. С другой стороны, роль каждого электрода переключается во время цикла разрядки / зарядки.

• Во время разряда положительным является катод, отрицательным является анод.
• Во время заряда положительным является анод, отрицательным является катод. 

Тексты, описывающие аккумуляторные аноды или катоды, безусловно, косвенно рассматривают случай разряда, что является неполным предсталением о процессах, происходящих внутри вторичного элемента.

Что такое анод и катод — простое объяснение

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
• Процесс электролиза или зарядки аккумулятора
• Гальванотехника
• В электронике
• Заключение

Электрохимия и гальваника

В электрохимии есть два основных раздела:

1. Гальванические элементы – производство электричества за счет химической реакции. К таким элементам относятся батарейки и аккумуляторы. Их часто называют химическими источниками тока.
2. 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.

Гальванотехника

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.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме статьи:

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 по теме:

• Чем отличается переменный ток от постоянного
• Фазное и линейное напряжение в сети
• Как зарядить батарейку в домашних условиях

Опубликовано 24.10.2018 Обновлено 24.10.2018 Пользователем Александр (администратор)

Катод и анод – определение и различие между анодом и катодом

• Химия

• Катод и анод

Что такое анод и катод?

В гальванических элементах, полупроводниковых диодах и некоторых медицинских устройствах электроды используются в качестве проводника, проводящего электричество от неметаллических частей цепей. Другими словами, можно сказать, что электрод — это вещество, проводящее электричество в электрическом токе, который либо входит, либо выходит из неметаллической среды подобно электролиту. Анод и катод — это два типа электродов. Анод — это электрод, с которого поляризованный ток поступает во внешнюю цепь, а катод — это электрод, с которого поляризованный электрический ток выходит из поляризованного электрического устройства. Заряды анода и катода соответственно положительные и отрицательные. Символы анода и катода соответственно A и K.

Слово «анод» происходит от греческого слова «аноды», что означает путь вверх, а слово «катод» происходит от другого греческого слова, катоды, что означает путь вниз.

Электрохимическая ячейка

Что такое анод и катод?

Анод и катод представляют собой электроды, используемые в электролитической ячейке и электрохимической ячейке. Знак анода и катода положительный и отрицательный. A и K являются соответствующими символами анода и катода. Детали анода и катода приведены ниже.

• Анод

Обычно анод представляет собой электрод, на котором происходит реакция окисления, что означает, что на аноде электроны выделяются во внешнюю цепь. В электролитической ячейке анодом является положительный электрод, а в гальванической ячейке — отрицательный. знак анода ‘+’

В электролитической ячейке, которая использует электрическую энергию для распространения химической реакции, В гальванических или электрохимических ячейках, которые производят электрическую энергию в результате химической реакции, анод отрицателен, так отрицательный потенциал по сравнению с раствором. Анод гальванического элемента представляет собой металлический цинк, погруженный в раствор ZnSO4. Металл Zn окисляется до Zn2+ и отдает два электрона во внешнюю цепь.

• Катод

Обычно катод представляет собой электрод, на котором протекает реакция восстановления. Это означает, что катод получает электроны из внешней цепи и восстанавливается. Знак катода «-».

В гальванических элементах медь представляет собой катод, погруженный в раствор CuSO4. Ионы Cu2+ принимают электроны от внешней ячейки, восстанавливаются до металлического Cu и осаждаются на катоде.

Катоды бывают двух типов: с горячим катодом и с холодным катодом. Холодные катоды — это катоды, которые не нагреваются электрически нити накала. Который испускает больше электронов, чем может дать термоэлектронная эмиссия. Горячие катоды нагреваются электрическим током, проходящим через нить накала. Холодный катод используется в газоразрядных лампах, разрядных трубках и некоторых электронных лампах.

Анод и катод в электролизе

Во время электролиза происходит химическая реакция или изменение при прохождении электричества по цепи, а электролитическая ячейка представляет собой устройство, которое преобразует электрическую энергию в химическую. Заряд аниона и катиона в электролитической ячейке соответственно положительный и отрицательный. Рассмотрим электролиз расплавленного NaCl.

Анод провода или пластины имеет избыточный положительный заряд, так как он подключен к положительной клемме аккумулятора. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду, отдавать электроны аноду и окисляться. Эти электроны отдаются анионам, переходят во внешнюю цепь. При электролизе расплавленного NaCl два инертных электрода погружают в расплавленный раствор NaCl. Когда электричество проходит, анод приобретает избыточный положительный заряд, и ионы хлора из раствора движутся к аноду, где окисляются до металлического натрия.

Катод соединяется с отрицательной клеммой аккумулятора и содержит избыточный отрицательный заряд. Катионы из раствора движутся к нему и восстанавливаются, принимая электроны из внешней цепи. И наоборот, в гальванических элементах катион является положительным электродом. Когда расплавленный NaCl подвергается электролизу при пропускании электричества, ионы Na+ начинают двигаться к катоду, где он восстанавливается до металлического натрия.

Разница между анодом и катодом

Анод	Катод
900 14 В аноде протекает реакция окисления.	При восстановлении протекает реакция.
Заряд анода в электролизере положительный.	Заряд катода в электролизере отрицательный.
Электричество поступает в анод	Электричество выходит из катода.
Анод обычно представляет собой положительную сторону элемента.	Катод обычно представляет собой отрицательную сторону элемента.
В гальваническом элементе заряд анода отрицательный.	В гальваническом элементе заряд катода положительный.

Основные характеристики

• Анод и катод представляют собой электроды, используемые для изготовления электролитических и электрохимических элементов.

• Анод – это электрод, на котором происходит реакция окисления, а на катоде – восстановление.

• Анод – это электрод, через который электричество поступает во внешнюю цепь, а катод – это электрод, через который отдается электричество.

Заключение

Анод – положительная часть электролита, где происходит окисление, а катод – отрицательная часть ячейки, где происходит восстановление. Символ анода и катода — A и K соответственно. При электролизе анод заряжен положительно, а катод отрицательно. Следовательно, знаки анода и катода — «+» и «-» соответственно.

Дата последнего обновления: 26 апреля 2023 г. 0013

Недавно обновленные страницы

Мальтаза — фермент, структура, дефицит и часто задаваемые вопросы

Диметилсульфоксид – формула, структура, свойства и синтез

Химия поверхности – адсорбция, катализ, коллоиды, эмульсии и примеры

Разница между массой и веществом

Реакция сочетания – типы, пример и применение

Кислотность фенола – объяснение, резонанс фенола, свойства

Мальтаза – фермент, структура, недостаточность и часто задаваемые вопросы

Диметилсульфоксид – формула, структура, свойства и синтез

900 10 Химия поверхности — Адсорбция, катализ, коллоиды, эмульсии и примеры

Разница между массой и веществом

Реакция сочетания — Типы, примеры и применение

Кислотность фенола — Объяснение, резонанс фенола, свойства

Анод и катод: в чем разница?

Тема

15 минут чтения

Последнее обновление: 3 апреля 2023 г.

Аноды, катоды, положительные и отрицательные электроды: определение терминов

Значительные разработки были сделаны в области перезаряжаемых батарей (иногда называемых вторичными элементами), и большую часть этой работы можно отнести к разработке электромобилей . Эта работа помогла в 2019 г.Нобелевская премия по химии присуждается за разработку литий-ионных аккумуляторов. Следовательно, термины «анод», «катод», «положительный» и «отрицательный» получили все большее распространение.

 

В статьях о новых аккумуляторных электродах часто используются названия анод и катод без указания, разряжается аккумулятор или заряжается. Термины анод, катод, положительный и отрицательный не являются синонимами, иногда их можно перепутать, что может привести к ошибкам.

Цель этой статьи — прояснить и четко определить эти различные термины.

 

 

• Анод – это электрод, на котором происходит реакция окисления (потеря электронов для электроактивных частиц).
• Катод — это электрод, на котором происходит реакция восстановления (приобретение электронов для электроактивных частиц).
• В батарее на одном и том же электроде могут происходить обе реакции, независимо от того, разряжается батарея или заряжается.
• При наименовании электродов лучше ссылаться на положительный электрод и отрицательный электрод.
• Положительный электрод — это электрод с более высоким потенциалом, чем отрицательный электрод.
• Во время разряда положительный электрод является катодом, а отрицательный электрод — анодом.
• Во время зарядки положительный электрод является анодом, а отрицательный электрод — катодом.

 

Реакции окисления и восстановления

• Реакция окисления — это электрохимическая реакция, в результате которой образуются электроны. Электрохимическая реакция, происходящая на отрицательном полюсе цинкового электрода никель-цинковой батареи при разряде: 9- \to LiCoO_2}$

   

  – реакция восстановления. Редукция — это приобретение электронов.

   

  Анод, катод

  • Анод – это электрод, на котором протекает реакция окисления. Потенциал анода, через который протекает ток, выше его равновесного потенциала: $E_\text a(I)>E_{I=0}$ (рис. 1).

   

  • Катод – это электрод, на котором протекает реакция восстановления. Потенциал катода, через который протекает ток, ниже его равновесного потенциала: $E_\text c(I)

   

   

   

  94 Положительный и отрицательный электроды

  Два электроды батарейки или аккумулятора имеют разные потенциалы. Электрод с более высоким потенциалом называется положительным, электрод с более низким потенциалом — отрицательным. Электродвижущая сила, ЭДС в В, батареи представляет собой разницу между потенциалами положительного и отрицательного электродов, когда батарея не работает. 9-$  → отрицательный электрод является анодом. +$ → положительный электрод является анодом. 9-$ → отрицательный электрод является катодом.

 

 

 

Рисунок 3: Разряд/заряд вторичной батареи, представленной в виде гальванического элемента, с электронами и направлением тока.

 

Заключение

При нормальном использовании аккумуляторной батареи потенциал положительного электрода как при разрядке, так и при перезарядке остается выше, чем потенциал отрицательного электрода. С другой стороны, роль каждого электрода меняется во время цикла разрядки/зарядки.

 

• Во время разряда положительным является катод, отрицательным — анод.
• Во время заряда плюс является анодом, минус катодом.

 

Тексты, описывающие аноды или катоды аккумуляторов, безусловно, имплицитно рассматривают случай разряда. Давайте без колебаний напишем, перефразируя Резерфорда, имплицитное есть не что иное, как плохое явное.

 

 

Узнайте больше о потенциостатах и ​​амплификаторах

Чтобы узнать больше о потенциостатах BioLogic, которые используются в исследованиях аккумуляторов и тестировании аккумуляторов, а также в других областях, представляющих интерес, щелкните нашу страницу обзора потенциостатов и страницу обзора тестирования аккумуляторов/циклов аккумуляторов.

 

 

Узнайте больше о кривых цикла работы аккумуляторной батареи

Может быть интересна следующая статья «Как читать кривые цикла работы батареи»

батарея
анод
катод
положительный
отрицательный электрод

Дальнейшее чтение…

• 
  chevron_right
  

Связанные продукты

• 
  chevron_right
  

Циркулятор аккумуляторов BCS-800 серии

Серия BCS-800 представляет собой модульную систему циклирования аккумуляторов, предназначенную для удовлетворения потребностей каждого уровня производственно-сбытовой цепочки аккумуляторов, от исследований и разработок до опытного производства, от производственных испытаний до контроля качества.