Знак анода и катода
Каким знаком обозначается «К», каким «А», зависит от того, какая процедура и в какой области рассматривается. В электрохимии есть два устройства, имеющие различие в обозначении знаками: электролизёр и гальванический элемент.
При электролизе (окислительно-восстановительном химическом взаимодействии под влиянием внешнего ИП) минусом «-» обозначают катод. Именно на нём восстанавливаются металлы, из-за избытка электронов. Плюсом «+», в свою очередь, маркируют анод (положительный электрод), где металлы окисляются из-за недостатка отрицательно заряженных частиц.
В гальваническом элементе окисление происходит без внешнего воздействия электричества. Если взять в качестве примера медно-цинковую батарею, то большое количество электронов (минус) скапливается на аноде. Они при продвижении по внешней цепи участвуют в восстановлении меди. Значит, в этом случае положительным электродом будет катод.
Внимание! У гальванических элементов плюсом является катод, минусом – анод. У электролизёров наоборот – плюсом считают анод, минусом – катод
У полупроводниковых приборов, как знак, так и термин, чётко закреплены за выводами детали. Анод – это «плюс», катод – это «минус» диода.
Виды диодов
Светодиодные элементы делятся на 2 объёмных вида: полупроводниковые и неполупроводниковые. Устройство первого подразумевает небольшую ёмкость с выкачанным воздухом и двумя электродами внутри:
- Плюсовым, обладающим электропроводностью P.
- Минусовым, обладающим электропроводностью N.
Анод и катод в светодиодеИсточник multiurok.ru
Неполупроводниковые диоды делятся в свою очередь ещё на 2 группы:
- Вакуумные (кенотроны), построенные по принципу лампы, имеющей 2 электрода, где один из них представлен как нить накаливания. В приоткрытом положении движение электронов осуществляется в сторону от полюса к минусу. В закрытом положении траектория перемещения изменяется в противоположную сторону или приостанавливается.
- Наполненные газом (стабилитроны с тлеющим либо коронным зарядом игнитронов и газотронов). Из объёмного списка элементов наибольшая популярность присуща газотронам с дуговым зарядом (стабилитронам). Внутрь них закачивается инертный газ, помещаются оксидные термокатоды. Ключевой особенностью таких светодиодов является возможность к выдаче высокого напряжения на выходе и способность функционировать с напряжением, значение которого может достигать нескольких десятков ампер.
Что будет, если перепутать полярность аккумулятора
В простой электрической схеме устройство с ротором и статором способно работать с прямой и обратной полярностью. Это касается и стартера машины. Если он оснащен обмоткой, направление тока одновременно меняется на подвижной и стационарной части, сохранив изначальное направление вращения. В моделях с постоянными магнитами изменение полярности провоцирует обратное вращение. Это свойство знакомо каждому, кто пользуется электроинструментом с реверсом. Именно для этой цели автомобильный стартер дополнен шестеренчатым приводом включения (бендиксом), который не допускает неправильного раскручивания ДВС.
Но электросхема автомобиля намного сложнее. Она оснащена полупроводниковыми предохранителями и диодным мостом, которые пропускают ток только в одном направлении. При изменении полярности они препятствует движению электронов, оказывают избыточное сопротивление и перегорают. Аналогичные процессы происходят в проводах и электронике.
Можно выделить несколько основных угроз, которые характерны неправильной полярности АКБ:
- короткое замыкание сети;
- перегорание предохранителей;
- возгорание авто;
- потеря емкости и частичная переплюсовка батареи;
- выход из строя ЭБУ;
- поломка диодного моста генератора;
- оплавление изоляции проводки;
- выход из строя триггерной системы сигнализации.
Даже краткосрочное изменение полярности, которое прошло без видимых последствий сейчас, со временем может проявиться в виде участившихся поломок электроники, систем и узлов. Именно поэтому, если принято решение купить аккумулятор Bosch для автомобиля с обратной полярностью, нужно искать модель с правой клеммой «+». Для авто с прямой полярностью подойдет АКБ Bosch, Solite, Topla или Moratti с левым плюсом.
В заключение
Электрические автосхемы рассчитаны на движение тока только в одном заданном направлении. Случайное изменение полярности разрушает защитные системы, провоцирует короткое замыкание, резкие скачки напряжения и сопротивления, сопровождаемые критическим нагревом токопроводящих элементов. Последствия могут быть как не очень значимыми в виде выгоревших предохранителей, так и глобальными, вплоть до разрушения платы ЭБУ и возгорания машины.
Назад | Все статьи
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
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:
Полупроводниковый диод
Полупроводниковый диод — самый простой полупроводниковый прибор, состоящий из одного PN перехода.
Основная его функция — это проводить электрический ток в одном направлении,
и не пропускать его в обратном. Состоит диод из двух слоев полупроводника типов N и P.
На стыке соединения P и N образуется PN-переход (PN-junction).
Электрод, подключенный к P, называется анод. Электрод, подключенный к N , называется катод.
Диод проводит ток в направлении от анода к катоду, и не проводит обратно.
Диод в состоянии покоя
Посмотрим, что происходит внутри PN-перехода, когда полупроводниковый диод находится в состоянии покоя.
То есть тогда, когда ни к аноду, ни к катоду не подключено напряжения.
Итак, в части N имеются в наличии свободные электроны – отрицательно заряженные частицы.
В части P находятся положительно заряженные ионы – дырки.
В результате, в том месте, где есть частицы с зарядами разных знаков,
возникает электрическое поле, притягивающее их друг к другу.
Под действием этого поля свободные электроны из части N дрейфуют через PN переход в часть P и заполняют некоторые дырки.
В итоге получается очень слабый электрический ток, измеряемый в наноамперах.
В результате, плотность вещества в P части повышается и возникает диффузия
(стремление вещества к равномерной концентрации), толкающая частицы обратно на сторону N.
Обратное включение диода
Теперь посмотрим, как у полупроводникового диода получается выполнять свою основную функцию – проводить ток только в одном направлении.
Подключим источник питания — плюс к катоду, минус к аноду.
В соответствии с силой притяжения, возникшей между зарядами разной полярности, электроны из N начнут движение к плюсу и отдалятся от PN перехода.
Аналогично, дырки из P будут притягиваться к минусу, и также отдалятся от PN перехода.
В результате, плотность вещества у электродов повышается.
В действие приходит диффузия и начинает толкать частицы обратно, стремясь к равномерной плотности вещества.
Как мы видим, в этом состоянии диод не проводит ток.
При повышении напряжения, в PN переходе будет все меньше и меньше заряженных частиц.
Прямое включение диода
Меняем полярность источника питания — плюс к аноду, минус к катоду.
В таком положении, между зарядами одинаковой полярности возникает сила отталкивания.
Отрицательно заряженные электроны отдаляются от минуса и двигаются сторону pn перехода. В свою очередь,
положительно заряженные дырки отталкиваются от плюса и направляются навстречу электорнам.
PN переход обогащается заряженными частицами с разной полярностью,
между которыми возникает электрическое поле – внутреннее электрическое поле PN перехода.
Под его действием электроны начинают дрейфовать на сторону P.
Часть из них рекомбинируют с дырками (заполняют место в атомах, где не хватает электрона).
Остальные электроны устремляются к плюсу батарейки. Через диод пошел ток ID.
Чтобы не возникло путаницы, напомню,
что направление тока на электрических схемах обратно направлению потока электронов.
Недостатки реального полупроводникового диода
На практике, в реальном диоде, при обратном подключении напряжения, возникает очень маленький ток,
измеряемый в микро, или наноамперах ( в зависимости от модели прибора ).
В следствии слишком высокого напряжения, может разрушиться кристаллическая структура полупроводника в диоде.
В этом случае, прибор начнет хорошо проводить ток также и при обратном смещении.
Такое напряжение называется напряжение пробоя.
Процесс разрушения структуры полупроводника невосстановим, и прибор приходит в негодность.
При прямом подключении, напряжение между анодом и катодом должно достигнуть определенного значения Vϒ,
для того чтобы диод начал хорошо проводить ток.
Для кремниевых приборов Vϒ — это примерно 0.7V, а для германиевых — около 0.3V.
Более подробно об этом, и других характеристиках полупроводникового выпрямительного диода пойдет речь в статье ВАХ полупроводникового диода.
Чем опасен сероводород
Сероводород (H2S) плохо растворим в воде. Огнеопасен. Концентрационные пределы воспламенения в смеси с воздухом составляют 4,5—45 % сероводорода.
Сероводород очень токсичен. Вдыхание воздуха с небольшим содержанием сероводорода вызывает головокружение, головную боль, тошноту, а со значительной концентрацией приводит к коме, судорогам, отёку лёгких и даже к летальному исходу. При высокой концентрации однократное вдыхание может вызвать мгновенную смерть. При вдыхании воздуха с небольшими концентрациями у человека довольно быстро возникает адаптация к неприятному запаху «тухлых яиц» и он перестаёт ощущаться. Во рту возникает сладковатый металлический привкус.
При вдыхании воздуха с большой концентрацией из-за паралича обонятельного нерва запах сероводорода почти сразу перестаёт ощущаться. Сероводород также используют в лечебных целях, например в сероводородных ваннах.
Появление сероводорода в воде бойлера — это не только неприятный запах и опасность для здоровья. Раствор сероводорода в воде — очень слабая сероводородная кислота. Сероводород превращает воду в баке бойлера в кислоту, пусть и очень слабую. Увеличение кислотности воды ускоряет электрохимическое растворение магниевого анода протекторной защиты от коррозии.
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.
Установка АКБ с другой полярностью
Аккумулятор является лишь частью электрической схемы автомобиля. Если задать правильное направление отдачи и поступления тока, можно беспроблемно эксплуатировать АКБ с обратной полярностью на авто с прямой цепью и наоборот. Главное, обеспечить безошибочную состыковку минусового токоотвода с клеммой «-», а положительного – с клеммой «+». При этом наверняка появятся сложности с длиной проводов.
Проблема с отрицательной клеммой легко решается покупкой нового минусового провода нужной длины, который еще называется «перемычка для подключения АКБ на массу». Классический материал изготовления – силовой кабель из многопроволочной луженой меди, которая скручена в толстую жилу (типа ПуГВ или ПГВА сечением 25-40 мм2). С одной стороны перемычки вмонтирована аккумуляторная клемма-зажим, с другой – наконечник под болт для крепления к кузову.
Гораздо сложнее устранить дефицит плюсового кабеля. Здесь следует избегать любых скруток из-за высоких значений силы тока. Скорей всего понадобится полная замена аккумуляторного пучка проводов или профессиональное наращивание стартерного участка. Не следует доверять распространенному заблуждению о возможности использования на АКБ силовой кабельно-проводниковой продукции для автозвука серии American Wire Gaude (AWG), к которой прочно прилипло прозвище Ga-кабель. Даже самые толстые вариации 1Ga и 0Ga диаметром 7,3-8,3 мм рассчитаны всего на 100-150А.
Для запуска стартера генерируются сотни ампер на фоне нескольких киловатт мощности. Регулярно выдерживать такие нагрузки сможет только специализированный провод, предназначенный для сварочных аппаратов, электрогенераторов, бетономешалок. Самый простой и доступный вариант – гибкий кабель «КГ» или его морозостойкая модификация «КГ-ХЛ». Для 500-600 А вполне достаточно сечения 90-95 мм2.
Другие примеры
Аноды делятся на виды из-за покрытия. Бывает магниевое, титановое, алюминиевое и цинковое покрытие. Далее даны описания только трех разновидностей, поскольку алюминиевые устройства не годятся для работы в бойлере. Они придает воде сероводород.
Титановый
Титановый анод является измерительным и питающим электродом. Ток подается с помощью источника напряжения, который расположен снаружи, и осуществляется регуляция его с помощью внешнего электроуправления. Спустя некоторое время ток подается с помощью источника напряжения, которое располагается снаружи, и регулируется он тоже с помощью внешнего электрического управления.
Спустя некоторое время ток перестает подаваться и тогда титановый анод начинает анализировать состояние внутреннего корпуса. Он занимается выявлением разновидности нарушения за представленное время и тогда с большой точностью регулируется возможная сила подачи, для того чтобы восстанавливались разрушения.
Анод, имеющий титановое покрытие, не подвергается процессу разрушения, по этой причине совсем ему не нужна замена. Он может работать на протяжении всего срока эксплуатации данной конструкции. Наибольший спрос идет на нагревательные устройства на 50 литров жидкости, которые дополнены подобным анодом. Они не только являются компактными, но и удобными в применении.
Дополнительная информация! Для того чтобы узнать является устройство титановым или нет, можно по магниту. Этот материал обладает слабым магнитным полем, поэтому намагнитить его нельзя.
Алюминиевый
Это магниевый анод, покрытый алюминием. Это обычный стержень в виде прута, внутри которого представлена стальной вид шпильки с резьбой. Сами шпильки бывают с разными диаметрами и с разной длиной
Необходимо на это обратить внимание при приобретении нового устройства, поскольку от размера будет зависеть тот факт, что он может не влезть в дырку бака. Но имеются некоторые конструкции, где возможно поставить сразу несколько анодов
В котлах напольного типа, работающего на газу или электричестве, используются они лишь на баке вверху.
Анодный алюминиевый стержень обладает очень большим размером. Длиной он занимает метр. По этой причине его заменить будет сложно там, где низкие потолки. Поскольку водонагреватель обладает двухметровой высотой, плюс в него нужно поставить еще и прут. Для подобных задач стали выпускаться различные многосекционные виды защитных магниевых анодов. Поскольку развивается промышленная сфера каждый день, то постоянно появляются новинки в виде пластиковых гибких анодов.
Стоит отметить, что что многосекционные защитные устройство выполнены из трубок пластика, которые имеют микропоры. Внутри них засыпаются магниевые гранулы. Преимущество подобной новинки это тот факт, что внутри не имеется ни единых осадков. Кроме того, магний можно прибавлять внутрь трубки, по мере того, как он вырабатывается. Магниевый порошок продается отдельно.
Обратите внимание! Высококачественный водонагреватель из алюминия не нуждается в дополнении. Однако при этом он очень много стоит
Обычный котел, который дополнен анодом, стоит дешево. При этом по функциональности он такой же.
Применение
Электроды в качестве анода и катода наиболее часто применяются:
- в электрохимии;
- вакуумных электронных приборах;
- полупроводниковых элементах.
Рассмотрим в общих чертах сферы применения анодов и катодов.
В электрохимии
В данной сфере анод и катод являются ключевыми понятиями, в процессе прохождения электрохимических реакций, используемых в основном для восстановления металлов. Такие реакции называют электролизом. Использование процессов электролиза позволяет получать чистые металлы, так как на катоде образуются атомы только того металла, положительные ионы которого содержатся в растворе электролита.
Методом электролиза наносят очень тонкое цинковое покрытие стальных листов и деталей любой конфигурации. Гальваническое покрытие эффективно защищает металл от коррозии.
В вакуумных электронных приборах
Примером вакуумных приборов служат радиоэлектронные лампы, электронно-лучевые трубки, кинескопы телевизоров. Они работают по одному и тому же принципу: Разогретый катод испускает электроны, которые устремляются к аноду с высоким положительным электрическим потенциалом.
Образование электронов на раскаленном электроде называется термоэмиссией, а электрический ток, возникающий между катодом и анодом, называется термоэмиссионным. Ценность таких приборов в том, что они проводят ток только в одном направлении – от катода к аноду.
Добавление сетки между электродами позволяет регулировать параметры тока в широких пределах, путем изменения напряжения на сетке. Такие вакуумные лампы используются в качестве усилителей сигналов. В данное время вакуумные приборы используются довольно редко, так как их с успехом заменяют миниатюрные полупроводниковые диоды и транзисторы, часто выполненные на монокристалле в виде микросхемы.
В полупроводниковых приборах
Электронные детали на основе полупроводников ценятся малым потреблением тока и небольшими размерами. Они почти вытеснили вакуумные лампы из употребления. Выводы полупроводниковых приборов традиционно называют анодами и катодами.
При всех плюсах полупроводников, у этих приборов есть недостаток – они «шумят». В усилителях большой мощности эти шумы становятся заметными. В качественной усилительной аппаратуре по-прежнему применяются вакуумные лампы.
Электронно-лучевые кинескопы в современных телевизорах вытесняются экранами с LED подсветкой. Они более экономичны, отлично передают цветовую палитру, позволяют сделать приемник почти плоским.
Поток заряда
Схема медного катода в гальваническом элементе (например, в батарее). Положительно заряженные катионы движутся к катоду, позволяя положительному току i вытекать из катода.
Обычный ток течет от катода к аноду за пределами ячейки или устройства (электроны движутся в противоположном направлении), независимо от типа ячейки или устройства и режима работы.
Полярность катода по отношению к аноду может быть положительной или отрицательной в зависимости от того, как работает устройство. Положительно заряженные катионы всегда движутся к катоду, а отрицательно заряженные анионы движутся к аноду, хотя полярность катода зависит от типа устройства и даже может меняться в зависимости от режима работы. В устройстве, которое поглощает энергию заряда (например, при подзарядке аккумулятора), катод является отрицательным (электроны выходят из катода, а положительный заряд течет в него), а в устройстве, которое обеспечивает энергию (например, используется батарея) , катод положительный (электроны втекают в него и заряд вытекает): батарея или гальванический элемент в использовании имеет катод, который является положительным выводом, поскольку именно там ток выходит из устройства. Этот наружный ток переносится внутри положительными ионами, движущимися от электролита к положительному катоду (химическая энергия отвечает за это «восходящее» движение). Внешне он продолжается электронами, движущимися в батарею, что составляет положительный ток, текущий наружу. Например, медный электрод гальванического элемента Даниэля является положительным выводом и катодом. Аккумулятор, который перезаряжается, или электролитический элемент, выполняющий электролиз, имеет катод в качестве отрицательного вывода, с которого ток выходит из устройства и возвращается к внешнему генератору, когда заряд входит в аккумулятор / элемент. Например, изменение направления тока в гальванической ячейке Даниэля преобразует ее в электролитическую ячейку, в которой медный электрод является положительной клеммой, а также анодом . В диоде катодом является отрицательный вывод на заостренном конце символа стрелки, где ток выходит из устройства. Примечание: обозначение 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 интересующим током является обратный ток. В вакуумных трубках (включая электронно-лучевые трубки ) это отрицательный вывод, через который электроны входят в устройство из внешней цепи и попадают в почти вакуум трубки, образуя положительный ток, вытекающий из устройства.
Лабораторная работа №4.
1. Электролиз водного раствора иодида калия.
2KJ+2H2O электролиз J2+2H2+2KOH
Процесс на аноде.
А(+): 2J—2e-→J2
Процесс на катоде.
К(-): 2H2O+2e-→H2+2OH-
В результате электролиза наблюдаем:
При добавлении фенолфталеина в околокатодное пространство раствор становится малинового цвета, так как при восстановлении молекул воды образуются ионы ОН-, которые создают щелочную среду.
При добавлении раствора крахмала в околоанодное простанство наблюдаем появление синего окрашивания, которое является качественной реакцией на молекулярный йод, который образуется при окислении ионов J-.
2. Электролиз водного раствора сульфата натрия.
- Na2SO4+2H2O электролиз Na2SO4+2H2+O2↑
- 2H2O электролиз 2H2+O2↑
Процесс на аноде.
А(+): H2O-4e-→O2+4H+
Процесс на катоде.
К(-): 2H2O+2e-→H2+2OH-
При добавлении раствора универсального индикатора в околокатодное пространство наблюдаем синее окрашивание, так как при восстановлении молекул воды образуются ОН- ионы, которые дают щелочную среду.
При добавлении раствора универсального индикатора в околоанодное пространство наблюдаем красное окрашивание, так как при окислении молекул воды образуются H+ ионы, кторые дают кислую среду.
Сульфат натрия не принимает участия в электролизе. Протекает только электролиз воды.
3. Электролиз водного раствора сульфата меди (II).
2CuSO4+2H2Oэлектролиз 2Cu+O2+2H2SO4
Процесс на аноде.
А(+): H2O-4e-→O2+4H+
Процесс на катоде.
К(-): Cu2++2е-→Сu0
При электролизе раствора сульфата меди (II) на катоде наблюдаем выделение осадка красной меди.
В околоанодном пространстве выделяются пузырьки кислорода.
Вывод по проведенной работе:
Электролиз -окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании постоянного тока через систему, включающую электролит.
Электролиз растворов осложняется участием в электродных процессах ионов Н⁺ и ОН⁻. Кроме того, молекулы воды сами могут подвергаться электродному окислению или восстановлению.
Катодные процессы в водных растворах при электролизе зависят от природы катиона.
Процессы, происходящие на катоде зависят от окислительной способности катиона металла:
- Li, K, Ca, Na, Mg, Al Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb H Cu, Hg, Ag, Pt, Au
- Меn⁺не восстанавливается (остаётся в растворе)
- 2 Н₂О+ 2ē = Н₂↑+2 ОН⁻ Меn⁺ + nē = Me°
- 2 H₂O + 2ē = H₂↑ + 2 OH⁻ Men⁺ + nē = Me°
Анодные процессы в водных растворах зависят от материала анода и природы аниона.
Процессы, происходящие на аноде
Безкислородные кислотные остатки
Кислородсодержащие кислотные остатки
- J⁻, Br⁻, S²⁻, Cl⁻ Окисление Аm⁻ (кроме F⁻)
- Аm⁻ – m ē = A° OH⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻, F⁻
В щелочной среде:
- 4 ОН⁻ – 4 ē = О₂↑ + 2 Н₂О
- в кислой и нейтральной среде: 2 Н₂О – 4 ē = О₂↑ + 4 Н⁺
(Влияние материала анода не рассматриваем, так как в лабораторной работе влияние материала анода на протекание электролиза не рассматривается).
8. Приведите формулировку законов Фарадея? Каковы их математические выражения? Что называют числом Фарадея? Составьте электронные уравнения процессов, происходящих на инертных электродах при электролизе растворов CdCl2 и CdSO4.
Ответ:
Течение первичных анодных и катодных реакций во время протекания электролиза подчиняется законам Фарадея.
Первый закон Фарадея: масса вещества m, выделяемая на электроде электрическим током, пропорциональная количеству электричества Q, прошедшему через электролит:
- m = kQ, но Q =It (1)
- где I – сила тока, А; t – время пропускание тока, с.
- m = kIt (2)
k – коэффициент пропорциональности, равный количеству вещества, выделяемого при прохождении одного кулона (Кл) электричества (электрохимический эквивалент).
Второй закон Фарадея: массы различных веществ, выделенных одним и тем же количеством электричества, пропорциональных их химическим эквивалентам (Мэ):
Для выделения 1 грамма эквивалента вещества требуется пропустить через электролит одно и тоже количество электричества, равное приблизительно 96500 Кл (число Фарадея). Следовательно:
Подставив последнее уравнение в (2), получим формулу, объединяющую оба закона Фарадея.
(3)
Соотношение (3) используют в расчетах процессов при электролизе.
Электролиз водного раствора хлорида кадмия (II):
- CdCl2Cd2++2Cl-
- K(-):Cd2+, H2O А(+): Cl-, H2O
- Cd2++2e-→Cd 2Cl—2e-→Cl2
Суммарное уравнение электролиза:
CdCl2→Сd+Cl2
Электролиз водного раствора сульфата кадмия (II):
- CdSO4→ Cd2++SO42-
- K(-):Cd2+, H2O А(+):SO42-, H2O
- Cd2++2e-→Cd 2H2O-4e-→O2+4H+
Суммарное уравнение электролиза:
2CdSO4+2 H2O→2Cd+O2+2H2SO4
Обозначение в электрохимии и цветной металлургии
Катод — определение и практическое применение
Понятие анодов в электролитических процессах применимо в отношении положительно заряженных электродов. Электролиз, с помощью которого выделяются или очищаются различные химические элементы, – это влияние электрического тока на электролит. Электролитом выступают растворы солей или кислот. Другим электродом, участвующим в этой реакции, выступает катод.
Внимание! На отрицательно заряженном катоде (К) осуществляется реакция восстановления, на аноде (А) – процесс окисления. При этом «А» может частично разрушаться, участвуя в очищении металлов от нежелательных добавок
В металлургической промышленности аноды используют при нанесении защитных слоёв на продукт электрохимическим методом (гальваника) или электро-рафинированием. Электрическое очищение позволяет растворять на «А» черновой металл (с примесями) и осаждать его на «К» уже в очищенном виде.
Ряд часто применяемых анодов – изготовленные из металлов:
- цинка;
- меди;
- никеля;
- кадмия;
- свинцовые (сплав свинца с сурьмой);
- серебра;
- золота;
- платины.
Никелирование, оцинкование и прочее нанесение защитных или эстетически востребованных покрытий на изделия выполняются в основном из недрагоценных металлов.
С помощью «А» из драгметаллов повышают электропроводность компонентов электрических изделий и наносят слои благородных металлов на ювелирные украшения.
К сведению. Осаждаемый на катоде чистый металл также называют «катодом». Например, чистая медь полученная таким образом именуется «медный катод». Дальше её используют для изготовления медной фольги, проволоки и прочего.
Рафинирование металлов
Этимология
Слово было придумано в 1834 году от греческого ἄνοδος ( анодос ), «восхождение», Уильямом Уэвеллом , с которым Майкл Фарадей посоветовался с некоторыми новыми названиями, необходимыми 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 — это то место, где ток входит в электролит, на восточной стороне:« ano up, odos a way; the way that the sun ups ».
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 в соглашении о направлении тока , точная природа которого в то время не было известно. Ссылкой, которую он использовал для этого эффекта, было направление магнитного поля Земли, которое в то время считалось неизменным. Он фундаментально определил свою произвольную ориентацию ячейки как такую, при которой внутренний ток будет проходить параллельно и в том же направлении, что и гипотетическая токовая петля намагничивания вокруг локальной линии широты, которая индуцирует магнитное дипольное поле, ориентированное, 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», оставался бы правильным в отношении неизменного направления фактического явления, лежащего в основе тока, тогда неизвестного, но, как он думал, однозначно определяемого магнитным эталоном
Оглядываясь назад, можно сказать, что изменение названия было неудачным 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 котором основан термин «анод», зависит от разворотов, в то время как текущее соглашение о направлении, на котором был основан термин «эизод», не имеет причин для изменения в будущем.
После более позднего открытия электрона была предложена этимология, более легкая для запоминания и более надежная техническая, хотя исторически ложная, этимология: анод, от греческого anodos , «путь вверх», «путь (вверх) из ячейки (или другое устройство) для электронов ».
