Анод заряжен как: что это такое, плюс или минус, определяем полярность

Содержание

что это такое, плюс или минус, определяем полярность

Часто возникает проблема определения, какой из электродов является катодом, а какой — анодом. Для начала нужно разобраться с терминами.

Понятие катода и анода — простое объяснение

В сложных веществах электроны между атомами в соединениях распределены неодинаково. В результате взаимодействия частицы перемещаются от атома одного вещества к атому другого. Реакция именуется окислительно-восстановительной. Потеря электронов называется окислением, элемент, отдающий электроны — восстановителем.

Присоединение электронов носит название восстановление, принимающий элемент в этом процессе — окислитель. Переход электронов от восстановителя к окислителю может протекать по внешней цепи, и тогда его можно использовать в качестве источника электрической энергии. Устройства, в которых энергия химической реакции превращается в электрическую энергию, называются гальваническими элементами.

Простейший классический пример гальванического элемента — две пластины, изготовленные из различного металла и погруженные в раствор электролита. В такой системе окисление происходит на одном металле, а восстановление — на другом.

ВАЖНО! Электрод, на котором протекает окисление, называется анодом. Электрод, на котором протекает восстановление — катодом.

Из школьных учебников химии известен пример медно-цинкового гальванического элемента, работающего за счет энергии реакции между цинком и сульфатом меди. В устройстве Якоби — Даниэля пластина из меди помещена в раствор сульфата меди (медный электрод), цинковая пластина погружена в раствор сульфата цинка (цинковый электрод). Цинковый электрод отдает катионы в раствор, создавая в нем избыточный положительный заряд, а у медного электрода раствор обедняется катионами, здесь раствор заряжен отрицательно.

Замыкание внешней цепи заставляет электроны перетекать от цинкового электрода к медному. Равновесные отношения на границах фаз прерываются. Идёт окислительно-восстановительная реакция.

Энергия самопроизвольно протекающей химической реакции превращается в электрическую.

Если химическую реакцию провоцирует внешняя энергия электрического тока, идёт процесс, называемый электролизом. Процессы, протекающие при электролизе, обратны процессам, протекающим при работе гальванического элемента.

ВНИМАНИЕ! Электрод, на котором происходит восстановление, также называется катодом, но при электролизе он заряжен отрицательно, а анод — положительно.

Применение в электрохимии

Аноды и катоды принимают участие во многих химических реакциях:

  • Электролиз;
  • Электроэкстракция;
  • Гальваностегия;
  • Гальванопластика.

Электролизом расплавленных соединений и водных растворов получают металлы, производят очистку металлов от примесей и извлечение ценных компонентов (электролитическое рафинирование). Из металла, подлежащего очистке, отливают пластины. Они помещаются в качестве анодов в электролизер. Под воздействием электрического тока металл подвергается растворению. Его катионы переходят в раствор и разряжаются на катоде, образуя осадок чистого металла. Примеси, содержащиеся в первоначальной неочищенной металлической пластине, либо остаются нерастворимыми в виде анодного шлама, либо переходят в электролите, откуда удаляются. Электролитическому рафинированию подвергают медь, никель, свинец, золото, серебро, олово.

Электроэкстракция — процесс выделения металла из раствора в ходе электролиза. Для того чтобы металл перешёл в раствор, его обрабатывают специальными реагентами. В ходе процесса на катоде происходит выделение металла, характеризующегося высокой чистотой. Так получают цинк, медь, кадмий.

Чтобы избежать коррозии, придать прочность, украсить изделие поверхность одного металла покрывают слоем другого. Этот процесс называется гальваностегией.

Гальванопластика — процесс получения металлических копий с объёмных предметов электроосаждением металла.

Применение в вакуумных электронных приборах

Принцип действия катода и анода в вакуумном приборе может продемонстрировать электронная лампа. Она выглядит как герметически запаянный сосуд с металлическими деталями внутри. Прибор используется для выпрямления, генерирования и преобразования электрических сигналов. По числу электродов выделяют:

  • диоды;
  • триоды;
  • тетроды;
  • пентоды и т.д.

Диод — вакуумный прибор с двумя электродами, катодом и анодом. Катод подключен к отрицательному полюсу источника питания, анод — к положительному. Предназначение катода — испускать электроны под действием нагрева электрическим током до определенной температуры. Посредством испущенных электронов создается пространственный заряд между катодом и анодом. Самые быстрые электроны устремляются к аноду, преодолевая отрицательный потенциальный барьер объемного заряда. Анод принимает эти частицы. Создается анодный ток во внешней цепи. Электронным потоком управляют с помощью дополнительных электродов, подавая на них электрический потенциал. Посредством диодов переменный ток преобразуется в постоянный.

Применение в электронике

Сегодня используется полупроводниковые типы диодов.

В электронике широко используется свойство диодов пропускать ток в прямом направлении и не пропускать в обратном.

Работа светодиода основана на свойстве кристаллов полупроводников светиться при пропускании через p-n переход тока в прямом направлении.

Гальванические источники постоянного тока — аккумуляторы

Химические источники электрического тока, в которых протекают обратимые реакции, называются аккумуляторами: их перезаряжают и используют многократно.

При работе свинцового аккумулятора происходит окислительно-восстановительная реакция. Металлический свинец окисляется, отдает свои электроны, восстанавливая диоксид свинца, принимающего электроны. Металлический свинец в аккумуляторе — анод, он заряжен отрицательно. Диоксид свинца — катод и заряжен положительно.

По мере разряда аккумулятора расходуются вещества катода и анода и их электролита, серной кислоты. Чтобы зарядить аккумулятор, его подключают к источнику тока (плюсом к плюсу, минусом к минусу). Направление тока теперь обратное тому, какое было при разряде аккумулятора. Электрохимические процессы на электродах «обращаются». Теперь свинцовый электрод становится катодом, на нем проходит процесс восстановления, а диоксид свинца — анодом, с протекающей процедурой окисления. В аккумуляторе вновь создаются вещества, необходимые для его работы.

Почему существует путаница?

Проблема возникает из-за того, что определенный знак заряда не может быть прочно закреплен за анодом или катодом. Часто катодом является положительно заряженный электрод, а анодом — отрицательный. Часто, но не всегда. Все зависит от процесса, протекающего на электроде.

ВНИМАНИЕ! Деталь, которую поместили в электролит, может быть и анодом и катодом. Все зависит от цели процесса: нужно нанести на нее другой слой металла или снять его.

Как определить анод и катод

В электрохимии анод — это электрод, на котором идут процессы окисления, катод — это электрод, где происходит восстановление.

У диода отводы называются анод и катод. Ток будет идти через диод, если отвод анод подключить к «плюсу», отвод «катод» — к «минусу».

У нового светодиода с необрезанными контактами анод и катод определяются визуально по длине. Катод короче.

Если контакты обрезаны, поможет батарейка, приложенная к ним. Свет появится, когда полярности совпадут.

Знак анода и катода

В электрохимии речь правильнее вести не о знаках зарядов электродов, а о процессах, на них идущих. На катоде проходит реакция восстановления, на аноде — окисления.

В электротехнике для протекания тока катод подключают к отрицательному полюсу источника тока, анод — к положительному.

Анод и катод: что это такое

Эти физические термины затрагивают области гальваники, химии, а также источников питания, полупроводниковой и вакуумной электроники. Зная, что такое анод и катод можно, к примеру, разобраться почему греется телефон. В статье описывается, что из себя представляют анод и катод, объясняется катод и анод – это плюс или минус. Помимо этого, затрагиваются аспекты и нюансы заряда катода и анода.

Анод и катод.

Что это такое

Анод – является электродом, через который электрический ток проникает в устройство. Он является противоположностью катоду, электроду, через который электрический ток покидает электрическое устройство. Направление электрического тока в цепи отличается вектора потока электронов. В связи с этим (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода во внешний контур. Анод в гальваническом элементе представлен электродом, где происходит реакция окисления.

Эти понятия обусловлены не полярностью напряжения электродов, а направлением тока через электрод. Если ток, который идёт через электроды, изменяет своё направление, как это происходит, например, в перезаряжаемой батарее (во время зарядки), анод и катод меняются местами.

Обычный ток зависит не только от направления движения носителей заряда, но и от электрозаряда носителей. Электрический ток вне устройства обычно переносится электронами в проводнике из металла. Так как электроны обладают зарядом со значением «минус», направление их потока противопоставляется направлению стандартного тока. Из этого следует, что электроны уходят из аппарата через анод и попадают в устройство через катод.

Полярность напряжения на аноде по отношению к связанному катоду меняется из-за разновидности аппарата и его режима работы. В представленных примерах анод является отрицательным в устройстве (обеспечивает питание) и положительным в устройстве, которое потребляет энергию. В разных областях применения анод может быть положительным или отрицательный.

Анод в гальваническом элементе

Тут он является отрицательным выводом, потому что именно там обычный ток протекает в устройство (элемент аккумулятора). Этот внутренний электрический ток переносится извне электронами, движущимися наружу. Притом отрицательный заряд, протекающий в одном направлении, электрически эквивалентен положительному заряду, который протекает противоположном направлении.

В перезаряжаемой батарее или в электролизере

Здесь же анод является положительным выводом, который получает ток от внешнего генератора. Ток через перезаряжаемую батарею противоположен направлению тока во время разряда. Иными словами, электрод, который был катодом во время разрядки батареи, становится анодом во время процесса её зарядки.

Электронно-лучевая труба

Тут является положительным выводом, через который электроны вытекают из устройства. Иначе: туда, где течет положительный электрический ток.

Вакуумная трубка анода

В электронных вакуумных устройствах, таких как электронно-лучевая трубка, анод – это положительно заряженный электронным коллектор. В трубке анод представляет собой заряженную положительную пластину, которая собирает электроны, испускаемые катодом через электрическое притяжение. Это параллельно ускоряет поток этих электронов.

В электрохимии анод находится там, где происходит окисление, и является контактом с положительной полярностью в электролизере. На аноде электрические потенциалы заставляют анионы (отрицательные ионы) вступать в химическую реакцию и испускать электроны (окисление), которые затем попадают в цепь управления.

Диодный анод

В полупроводниковом диоде анодом является легированным слоем P, который изначально создает отверстия для соединения. В области соединения отверстия, подаваемые анодом, объединяются с электронами, подаваемыми из области с N-легированием, создавая истощённую зону. Когда положительное напряжение подается на анод диода из схемы, большее количество отверстий может быть перенесено в обедненную область, и это приводит к тому, что диод становится проводящим, позволяя току протекать по цепи.

Термины «анод» и «катод» не должны применяться к стабилитрону, так как он даёт возможность протекать току в любом направлении в зависимости от полярности напряжения.

В электрохимии

Тут анод расположен там, где происходит окисление, и является контактом с положительной полярностью в электролизере. На аноде электрические потенциалы заставляют анионы (отрицательные ионы) вступать в химическую реакцию и испускать электроны (окисление), которые затем попадают в цепь управления.

Такой процесс широко применяется для рафинирования металлов. При рафинировании меди медные аноды (те промежуточные продукты из печей) претерпевают электролиз в подходящем растворе (таком как серная кислота) для получения катодов высокой чистоты. Медные катоды, полученные с использованием этого метода, также называют электролитической медью.

Катод – это электрод, от которого обычный ток покидает электрический аппарат. Тут у электронов заряд электрический заряд под знаком «минус», поэтому движение электронов противоположно движению обычного потока тока. Катодный электрический ток отходит, что также означает, что электроны поступают в катод устройства из внешней цепи.

Полярность катода и анода – это положительное или отрицательное значение, что зависит от работы устройства. Хотя положительно заряженные катионы всегда движутся к катоду (отсюда и их название), а отрицательно заряженные анионы удаляются от него, полярность катода зависит от типа устройства и может даже варьироваться в зависимости от режима работы.

В устройстве, поглощающем энергию заряда (зарядка батареи), катод является отрицательным (электроны вытекают из катода, и заряд проникает туда) и в аппарате, который снабжает энергией (используемая батарея), катод положительный (электроны втекают в него и заряд уходит). Используемая батарея обладает катодом (положительный вывод), поскольку именно там ток течет из устройства. Этот внешний ток переносится изнутри положительными ионами, движущимися от электролита к положительному катоду (химическая энергия отвечает за движение в гору). Это поддерживается электронами, которые направляются к батарее.

Например, медный электрод гальванического элемента Даниэля является положительным выводом и одновременно катодом. Это происходит тогда, когда заряд поступает в батарею. Например, изменение направления тока в гальваническом элементе Даниэля превращает его в электролизер. Тут медный электрод одновременно является как положительным выводом, так и анодом. В диоде катод является отрицательным выводом на остроконечном конце символа стрелки, откуда ток течет из устройства.

В электролизере на катоде применяется отрицательная полярность для активации элемента. Общими результатами восстановления на катоде являются газообразный водород или чистый металл из ионов металлов. Говоря об относительной восстановительной способности двух окислительно-восстановительных агентов, считается, что пара для генерирования большего количества восстанавливающих веществ является более «катодной» по сравнению с более легко восстанавливаемым реагентом.

Как определить анод и катод

Электрическая схема катода и анода:

Различие между катодом и анодом основано исключительно на токе, а не на напряжении. Металл, используемый для катода, имеет значительно большее количество электронов, чем нейтроны или протоны.

Например, один из потребителей энергии находится в прямом включении. Далее, ток по аноду из внешней цепи проникает в элемент. Во внешнюю цепь прямо через катод из элемента выходит электрический ток. Это чем-то напоминает перевёрнутое изображение. Если данные обозначения сложные, то тут разобраться с ними могут только химики. Теперь надо сделать обратное включение. В этом случае диоды полупроводникового типа почти не будут проводить электрический ток. Тем не менее, есть вероятность обратного пробоя у элементов.

Электровакуумные диоды (например, радиолампы) совсем не обладают способностью проводить ток обратного типа. Условно принято считать, что ток через них не протекает. В связи с этим формально выводы анода и катода у диодов не отвечают за выполнение этих функций.

При катодной защите металлический анод электрически связан с защищаемой системой и частично разъедает или растворяет металл защищаемой системы. Этот металлический анод большей степени реагирует на коррозионную среду защищаемой системы. Корпус железного или стального судна может быть защищен цинковым анодом, который растворяется в морской воде и предотвращает коррозию корпуса.

Менее очевидным примером такого типа защиты является процесс цинкования железа. Такой процесс покрывает железные конструкции (такие как ограждение) покрытием из металлического цинка. Пока цинк остается неповрежденным, железо защищено от коррозии. С течением времени цинковое покрытие становится поврежденным, в результате потрескивания или физического повреждения.

Знание того, что такое анод и катод, является ключевым в электрохимии и помогает понять основные принципы работы простейших аккумуляторов и гальванических элементов.

Анод — это… Что такое Анод?

Ано́д (др.-греч. ἄνοδος — движение вверх) — электрод некоторого прибора, присоединённый к положительному полюсу источника питания. Электрический потенциал анода положителен по отношению к потенциалу катода.

Анод в электрохимии

При процессах электролиза (получение элементов из солевых растворов и расплавов под действием постоянного электрического тока), анод — электрически положительный полюс, на нём происходят окислительно-восстановительные реакции (окисление), результатом которых, в определённых условиях, может быть разрушение (растворение) анода, что используется, к примеру, при электрорафинировании металлов.

Аноды — множественное число слова «анод»; эта форма применяется преимущественно в металлургии, где применяются аноды для гальваники, используемые для нанесения на поверхность изделия слоя металла электрохимическим способом, либо для электрорафинирования, где металл с примесями растворяется на аноде и осаждается в очищенном виде на катоде. Основное распространение получили аноды из цинка (бывают сферические, литые и катаные, чаще используются последние), никеля, меди (среди которых отдельно выделяют медно-фосфористые, марки АМФ), кадмия (применение которых сокращается из-за экологической вредности), бронзы, олова (применяются при производстве печатных плат в радиоэлектронной промышленности), сплава свинца и сурьмы, серебра, золота и платины. Аноды из недрагоценных металлов применяются для повышения коррозионной стойкости, повышения эстетических свойств предметов и др. целей. Аноды из драгоценных металлов применяются гальваническим производством для повышения электропроводности изделий и др.

Анод в вакуумных электронных приборах

В вакуумных электронных приборах анод — электрод, который притягивает к себе летящие электроны, испущенные катодом. В электронных лампах и рентгеновских трубках конструкция анода такова, что он полностью поглощает электроны. А в электронно-лучевых приборах анод является элементом электронной пушки. Он поглощает лишь часть летящих электронов, формируя после себя электронный луч.

Анод у полупроводниковых приборов

Электрод полупроводникового прибора (диода, тиристора), подключённый к положительному полюсу источника тока, когда прибор открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключённый к отрицательному полюсу — катодом.

Знак анода и катода

В литературе встречается различное обозначение знака анода — «+» или «-», что определяется, в частности, особенностями рассматриваемых процессов.

В электрохимии принято считать, что катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а анод — тот, где протекает окисление[1]. При работе электролизера (например, при рафинировании меди) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд), здесь происходит восстановление металла, это катод. На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод.

В то же время при работе гальванического элемента (к примеру, медно-цинкового), избыток электронов (и отрицательный заряд) на одном из электродов обеспечивается не внешним источником тока, а собственно реакцией окисления металла (растворения цинка), то есть здесь отрицательным, если следовать приведённому определению, будет уже анод. Электроны, проходя через внешнюю цепь, расходуются на протекание реакции восстановления (меди), то есть катодом будет являться положительный электрод.

В соответствии с таким толкованием, для аккумулятора анод и катод меняются местами в зависимости от направления тока внутри аккумулятора[2][3].

В электротехнике анод — положительный электрод, ток течет от анода к катоду, электроны, соответственно, наоборот.

См. также

Литература

  1. Антропов Л. И. Теоретическая электрохимия : Учеб. для хим.-технолог. спец. вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 1984. — С. 13.
  2. Левин А. И. Теоретические основы электрохимии. — М.: Металлургиздат, 1963. — С. 131.
  3. Справочник по электрохимии / Под ред. А. М. Сухотина. — Л. : Химия, 1981. — С. 405.

Ссылки

Катод — это… Что такое Катод?

Катод (от греч. κάθοδος — ход вниз; возвращение) — электрод некоторого прибора, присоединённый к отрицательному полюсу источника тока.

Катод в электрохимии

В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления. Например, при электролитическом рафинировании металлов (меди, никеля и пр.) на катоде осаждается очищенный металл.

Катод в вакуумных электронных приборах

В вакуумных электронных приборах катод — электрод, который является источником свободных электронов, обычно вследствие термоэлектронной эмиссии. В электронно-лучевых приборах катод входит в состав электронной пушки.

Катод у полупроводниковых приборов

Электрод полупроводникового прибора (диода, тиристора), подключённый к отрицательному полюсу источника тока, когда прибор открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют катодом, подключённый к положительному полюсу — анодом.

Знак анода и катода

В литературе встречается различное обозначение знака катода — «-» или «+», что определяется, в частности, особенностями рассматриваемых процессов.

В электрохимии принято считать, что катод — электрод, на котором происходит процесс восстановления, а анод — тот, где протекает процесс окисления[1][2]. При работе электролизера (например, при рафинировании меди) внешний источник тока обеспечивает на одном из электродов избыток электронов (отрицательный заряд), здесь происходит восстановление металла, это катод. На другом электроде обеспечивается недостаток электронов и окисление металла, это анод.

В то же время при работе гальванического элемента (к примеру, медно-цинкового), избыток электронов (и отрицательный заряд) на одном из электродов обеспечивается не внешним источником тока, а собственно реакцией окисления металла (растворения цинка), то есть здесь отрицательным, если следовать приведённому определению, будет уже анод. Электроны, проходя через внешнюю цепь, расходуются на протекание реакции восстановления (меди), то есть катодом будет являться положительный электрод. Так, на приведённой иллюстрации изображён обозначенный знаком «+» катод гальванического элемента, на котором происходит восстановление меди.

В соответствии с таким толкованием, для аккумулятора знак анода и катода меняется в зависимости от направления протекания тока. [2][3][4].

В электротехнике катод — отрицательный электрод, ток течет от анода к катоду, электроны, соответственно, наоборот.

См. также

Литература

  1. Антропов Л. И. Теоретическая электрохимия : Учеб. для хим.-технолог. спец. вузов. — 4-е изд., перераб. и доп. — М. : Высш. шк., 1984. — С. 13.
  2. 1 2 Лукомский Ю. Я., Гамбург Ю. Д. Физико-химические основы электрохимии: Учебник. — Долгопрудный : Издательский Дом «Интеллект», 2008. — С. 19 — ISBN 978-5-91559-007-5
  3. Левин А. И. Теоретические основы электрохимии. — М.: Металлургиздат, 1963. — С. 131.
  4. Справочник по электрохимии / Под ред. А. М. Сухотина. — Л. : Химия, 1981. — С. 405.

Ссылки

Катоды и аноды отрицательно и положительно заряженные электроды

Катод – это электрод устройства, который подключен к отрицательному полюсу источнику тока. Анод – противоположность ему. Это электрод прибора, подключенный к положительному полюсу источника тока.

Окислительно-восстановительный процесс на электродах

Обратите внимание! Чтобы легче запомнить разницу между ними, используют шпаргалку. В словах «катод»-«минус», «анод»-«плюс» одинаковое число букв.

Применение в электрохимии

В этом разделе химии катод – это отрицательно заряженный электрический проводник (электрод), притягивающий к себе положительно заряженные ионы (катионы) во время процессов окисления и восстановления.

Электролитическое рафинирование – это электролиз сплавов и водных растворов. Большинство цветных металлов подвергаются такой очистке. При помощи электролитической очистки получается металл с высокой чистотой. Так, степень чистоты меди после рафинирования достигает 99,99%.

Электролиз меди

На положительном электрическом проводнике во время рафинирования или очистки проходит электролитический процесс. Во время него металл с примесями помещают в электролизер и делают анодом. Такие процессы проводятся при помощи внешнего источника электрической энергии и называются реакциями электролиза. Осуществляются в электролизерах. Он выполняет функцию электронасоса, нагнетающего отрицательно заряженные частицы (электроны) в отрицательный проводник и удаляющего его из анода. Откуда исходит ток, неважно.

На катоде очищается металл от посторонних примесей. Простой катод изготавливается из вольфрама, иногда – из тантала. Достоинством вольфрамового отрицательного электрода является стойкость его изготовления. Из недостатков – имеет низкую эффективность и неэкономичность. Сложные катоды имеют разное устройство. У многих таких типов проводников на чистый металл сверху наносится специальный слой, который активирует получение большей производительности при относительно низких температурах. Они очень экономичны. Их недостаток состоит в небольшой устойчивости производительности.

Готовый чистый металл тоже называется катодом. Например, цинковый или платиновый катод. На производстве отрицательный проводник отделяют от катодной основы при помощи катодосдирочных машин.

При удалении отрицательно заряженных частиц из электрического проводника на нем создается анод, а при нагнетании отрицательно заряженных частиц на электрический проводник – катод. При электролизе очищаемого металла его положительные ионы притягивают к себе отрицательно заряженные частицы на отрицательном проводнике, и происходит восстановительный процесс. Чаще всего используют такие аноды:

  • цинковые;
  • кадмиевые;
  • медные;
  • никелевые;
  • оловянные;
  • золотые;
  • серебряные;
  • платиновые.

Чаще всего на производстве используют цинковые аноды. Они бывают:

  • катанные;
  • литые;
  • сферические.

Больше всего применяют катанные цинковые аноды. Еще используют никелевые и медные. А вот кадмиевые почти не используются из-за их токсичности для экологии. Бронзовые и оловянные аноды применяют при изготовлении радиоэлектронных печатных плат.

Гальванизация (гальваностегия) – процесс нанесения тонкого слоя металла на другой предмет с целью предотвращения коррозии изделия, окисления контактов в электронике, износостойкости, декорации. Суть процесса такая же, как при рафинировании.

Цинк и олово используют для повышения стойкости изделия при коррозии. Цинкование бывает холодным, горячим, гальваническим, газотермическим и термодиффузионным. Золото используют в основном в защитно-декоративных целях. Серебро повышает стойкость контактов электроприборов к окислению. Хром – для увеличения износостойкости и защиты от коррозии. Хромирование придает изделиям красивый и дорогой вид. Используется для нанесения на ручки, краны, колесные диски и т.д. Процесс хромирования токсичен, поэтому строго регламентируется законодательством разных стран. Ниже на картинке представлен метод гальванизации при помощи никеля.

Никелирование чайника методом гальванизации

Применение в вакуумных электронных приборах

Здесь катод выступает источником свободных электродов. Они образуются в ходе их выбивания из металла при высоких температурах. Положительно заряженный электрод притягивает электроны, выпущенные отрицательным проводником. В разных аппаратах он в разной степени собирает их в себя. В электронных трубках он полностью притягивает отрицательно заряженные частицы, а в электронно-лучевых приборах – частично, формируя в завершении процесса электронный луч.

Маркировка

Стандартно катод маркируют как «-». Знак анода –  «+». А вот в гальванике, из-за того, что отрицательный заряд на проводнике снабжается не источником тока извне, а реакцией окисления металла, катод получит положительный заряд электрического проводника. Поэтому в аккумуляторах, когда ток меняет направление, происходит смена знаков «+» и «-».

Эти свойства катодов и анодов нашли широкое применение в промышленности при очистке металла и в гальваностегии.

Видео

Оцените статью:

Что такое анод и катод, в чем их практическое применение

Анод и катод известны многим людям, даже тем, которые не связаны с электрикой или электроникой. Катод это электрод, имеющий отрицательный заряд, а анод заряжен положительно. Чтобы это легко и быстро запомнить, есть одно правило. В слове «катод» пять букв, также как и в слове «минус», а «анод» – четыре буквы, аналогично слову «плюс». Катоды и аноды используются для электролиза, в том числе для получения многих металлов, например алюминия. Они нашли широкое применения в современной промышленности, электроники и других сферах.

В статье будет подробно рассказано о том, что такое Анод и катод, а также для чего именно они нужны и какие физические законы за ними стоят. В качестве дополнения, настоящая статья имеет два ролика и статью, которую можно скачать по ссылке.

Анод и катод

Процессы, протекающие при электролизе

Электролиз получил широкое распространение в металлургии цветных металлов и в ряде химических производств. Такие металлы, как алюминий, цинк, магний, получают главным образом путем электролиза. Кроме того, электролиз используется для рафинирования (очистки) меди, никеля, свинца, а также для получения водорода, кислорода, хлора и ряда других химических веществ.

Сущность электролиза заключается в выделении из электролита при протекании через электролитическую ванну постоянного тока частиц вещества и осаждении их на погруженных в ванну электродах (электроэкстракция) или в переносе веществ с одного электрода через электролит на другой (электролитическое рафинирование). В обоих случаях цель процессов – получение возможно более чистых незагрязненных примесями веществ.

Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания (эмиссии) электронов. Этот электрод называется катодом. Электрод, предназначенный для приема эмиттированных катодом электронов, называется анодом. На анод подают более высокий и положительный относительно катода потенциал.

В отличие от электронной электропроводности металлов в электролитах (растворах солей, кислот и оснований в воде и в некоторых других растворителях, а также в расплавленных соединениях) наблюдается ионная электропроводность. Электролиты являются проводниками второго рода. В этих растворах и расплавах имеет место электролитическая диссоциация – распад на положительно и отрицательно заряженные ионы.

Химия электролиза.

Если в сосуд с электролитом – электролизер поместить электроды, присоединенные к электрическому источнику энергии, то в нем начнет протекать ионный ток, причем положительно заряженные ионы – катионы будут двигаться к катоду (это в основном металлы и водород), а отрицательно заряженные ионы – анионы (хлор, кислород) – к аноду. У анода анионы отдают свой заряд и превращаются в нейтральные частицы, оседающие на электроде. У катода катионы отбирают электроны у электрода и также нейтрализуются, оседая на нем, причем выделяющиеся на электродах газы в виде пузырьков поднимаются кверху.

Электрический ток во внешней цепи представляет собой движение электронов от анода к катоду. При этом раствор обедняется, и для поддержания непрерывности процесса электролиза приходится его обогащать. Так осуществляют извлечение тех или иных веществ из электролита (электроэкстракцию). Если же анод может растворяться в электролите по мере обеднения последнего, то частицы его, растворяясь в электролите, приобретают положительный заряд и направляются к катоду, на котором осаждаются, тем самым осуществляется перенос материала с анода на катод. Так как при этом процесс ведут так, чтобы содержащиеся в металле анода примеси не переносились на катод, такой процесс называется электролитическим рафинированием.

Если электрод поместить в раствор с ионами того же вещества, из которого он изготовлен, то при некотором потенциале между электродом и раствором не происходит ни растворения электрода, ни осаждения на нем вещества из раствора.

Такой потенциал называется нормальным потенциалом вещества. Если на электрод подать более отрицательный потенциал, то на нем начнется выделение вещества (катодный процесс), если же более положительный, то начнется его растворение (анодный процесс). Значение нормальных потенциалов зависит от концентрации ионов и температуры. Принято считать нормальный потенциал водорода за нуль. В табл. 1 даны нормальные электродные потенциалы некоторых водных растворов веществ при +25° С.

Если в электролите имеются ионы разных металлов, то первыми на катоде выделяются ионы, имеющие меньший отрицательный нормальный потенциал (медь, серебро, свинец, никель), щелочноземельные металлы выделить труднее всего. Кроме того, в водных растворах всегда имеются ионы водорода, которые будут выделяться ранее, чем все металлы, имеющие отрицательный нормальный потенциал, поэтому при электролизе последних значительная или даже большая часть энергии затрачивается на выделение водорода.

Два разнополярных электрода

Путем специальных мер можно воспрепятствовать в известных пределах выделению водорода, однако металлы с нормальным потенциалом меньше 1 В (например, магний, алюминий, щелочноземельные металлы) получить электролизом из водного раствора не удается. Их получают разложением расплавленных солей этих металлов. Нормальные электродные потенциалы веществ являются минимальными, при них начинается процесс электролиза, практически требуются большие значения потенциала для развития процесса.

Разность между действительным потенциалом электрода при электролизе и нормальным для него потенциалом называют перенапряжением. Оно увеличивает потери энергии при электролизе. С другой стороны, увеличивая перенапряжение для ионов водорода, можно затруднить его выделение на катоде, что позволяет получить электролизом из водных растворов ряд таких более отрицательных по сравнению с водородом металлов, как свинец, олово, никель, кобальт, хром и даже цинк. Это достигается ведением процесса при повышенных плотностях тока на электродах, а также введением в электролит некоторых веществ.

Это интересно! Все о полупроводниковых диодах.

Течение катодных и анодных реакций при электролизе определяется следующими двумя законами Фарадея.

  • Масса вещества mэ, выделившегося при электролизе на катоде или перешедшего с анода в электролит, пропорциональна количеству прошедшего через электролит электричества Iτ: mэ = α/τ,здесь а – электрохимический эквивалент вещества, г/Кл.
  • Масса выделенного при электролизе вещества одним и тем же количеством электричества прямо пропорциональна атомной массе вещества А и обратно пропорциональна его валентности n: mэ= А / 96480n, здесь 96480 – число Фарадея, Кл х моль-1.

Таким образом, электрохимический эквивалент вещества α= А / 96480n представляет собой массу вещества в граммах, выделяемую единицей проходящего через электролитическую ванну количества электричества – кулоном (ампер-секундой).

Для меди А = 63,54, n =2, α =63,54/96480-2= 0,000329 г/Кл, для никеля α =0,000304 г/Кл, для цинка α=0,00034 г/Кл. В действительности масса выделившегося вещества всегда меньше указанной, что объясняется рядом побочных процессов, проходящих в ванне (например, выделением водорода на катоде), утечками тока и короткими замыканиями между электродами. Отношение массы фактически выделившегося вещества к массе его, которая должна была бы выделиться по закону Фарадея, носит название выхода вещества по току η1.

Следовательно, для реального процесса mэ = η1 х (А / 96480n) х It. Естественно, всегда η1<1. Выход по току существенно зависит от плотности тока на электроде. С увеличением плотности тока на электроде выход по току растет и повышается эффективность процесса.

Напряжение Uэл, которое необходимо подвести к электролизеру, состоит из: напряжения разложения Ер (разность потенциалов анодной и катодной реакций), суммы анодного и катодного перенапряжений падения напряжения в электролите Еп, падения напряжения в электролите Uэ = IRэп (Rэп – сопротивление электролита), падения напряжения в шинах, контактах, электродах Uс = I(Rш+Rк+Rэ). Получаем: Uэл = Ер + Еп + Uэ + Uс.

Устройство гальванической цепи.

Мощность, потребляемая при электролизе, равна: Рэл = IUэл = I(Ер + Еп + Uэ + Uс). Из этой мощности только первая составляющая расходуется на проведение реакций, остальные являются тепловыми потерями процесса. Лишь при электролизе расплавленных солей часть теплоты, выделяющейся в электролите IUэ, используется полезно, так как расходуется на расплавление загружаемых в электролизер солей.

Эффективность работы электролизной ванны, может быть оценена массой вещества в граммах, выделяемого на 1 Дж затраченной электроэнергии. Эта величина носит название выхода вещества по энергии.Ее можно найти по выражению qэ = (αη1)/Uэл100, здесь α – электрохимический эквивалент вещества, г/Кл, η1 – выход по току, Uэл – напряжение на электролизере, В.

Определение анода и катода

Для начала возьмем очень серьезный документ, который является ЗАКОНОМ для науки, техники и, конечно, школы. Это «ГОСТ 15596-82. ИСТОЧНИКИ ТОКА ХИМИЧЕСКИЕ.  Термины и определения». Там на странице 3 можно прочесть следующее: «Отрицательный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является анодом». То же самое, «Положительный электрод химического источника тока это электрод, который при разряде источника является катодом». (Термины выделены мной. БХ). Но тексты правила и ГОСТа противоречат друг-другу. В чем же дело?

Материал по теме: Как подключить конденсатор

А всё дело в том, что, например, деталь, опущенная в электролит для никелирования или для электрохимического полирования, может быть и анодом и катодом в зависимости от того наносится на нее другой слой металла или, наоборот, снимается. Электрический аккумулятор является классическим примером возобновляемого химического источника электрического тока. Он может быть в двух режимах – зарядки и разрядки. Направление электрического тока в этих разных случаях будет в самом аккумуляторе прямо противоположным, хотя полярность электродов не меняется.

В зависимости от этого назначение электродов будет разным. При зарядке положительный электрод будет принимать электрический ток, а отрицательный отпускать. При разрядке – наоборот. При отсутствии движения электрического тока разговоры об аноде и катоде бессмысленны.

«Поэтому, во избежание неясности и неопределенности, а также ради большей точности, – записал в своих исследованиях М.Фарадей в январе 1834г., – я в дальнейшем предполагаю применять термины, определение которых сейчас дам».

Каковы же причины введения новых терминов в науку Фарадеем? А вот они: «Поверхности, у которых, согласно обычной терминологии, электрический ток входит в вещество и из него выходит, являются весьма важными местами действия и их необходимо отличать от полюсов». В те времена после открытия Т. Зеебеком явления термоэлектричества имела хождение гипотеза о том, что магнетизм Земли обусловлен разностью температур полюсов и экватора, вследствие чего возникают токи вдоль экватора. Она не подтвердилась, но послужила Фарадею в качестве «естественного указателя» при создании новых терминов. Магнетизм Земли имеет такую полярность, как если бы электрический ток шел вдоль экватора по направлению кажущегося движения солнца.

Обозначение анода и катода

Фарадей записывает: «На основании этого представления мы предлагаем назвать ту поверхность, которая направлена на восток – анодом, а ту, которая направлена на запад – катодом». В основе новых терминов лежал древнегреческий язык и в переводе они значили: анод – путь (солнца) вверх, катод – путь (солнца) вниз.

В русском языке есть прекрасные термины ВОСХОД и ЗАХОД, которые легко применить для данного случая, но почему-то переводчики Фарадея этого не сделали. Мы же рекомендуем пользоваться ими, ибо в них корнем слова является ХОД и, во всяком случае, это напомнит пользователю термина, что без движения тока термин не применим. Для желающего проверить рассуждения создателя термина с помощью других правил, например правила пробочника, сообщаем, что северный магнитный полюс Земли лежит в Антарктиде, возле Южного географического полюса.

Ошибкам в применениях терминов АНОД и КАТОД нет числа. В том числе и в зарубежных справочниках и энциклопедиях. Поэтому в электрохимии пользуются другими определениями, более понятными читателю. У них анод – это электрод, где протекают окислительные процессы, а катод – это электрод, где протекают восстановительные процессы. В этой терминологии нет места электронным приборам, но при электротехнической терминологии указать анод радиолампы, например, легко. В него входит электрический ток. (Не путать с направлением электронов).

Как работает батарейка.

Основные свойства катодов

Любой электровакуумный прибор имеет электрод, предназначенный для испускания (эмиссии) электронов. Этот электрод называется катодом. Электрод, предназначенный для приема эмиттированных катодом электронов, называется анодом. На анод подают более высокий и положительный относительно катода потенциал. Катод должен отдавать с единицы поверхности большой ток эмиссии при возможно низкой температуре нагрева и обладать большим сроком службы. Нагрев катода в электровакуумном приборе производится протекающим по нему током.

Такие термоэлектронные катоды разделяются на две основные группы:

  • катоды прямого накала,
  • катоды косвенного накала (подогревные).

Катоды прямого накала представляют собой металлическую нить, которая непосредственно разогревается током накала и служит для излучения электронов.Поверхность излучения катодов прямого накала невелика, поэтому от них нельзя получить большой ток эмиссии. Малая теплоемкость нити не позволяет использовать для нагрева переменный ток. Кроме того, при нагреве переменным током температура катода не постоянна во времени, а следовательно, меняется во времени и ток эмиссии.

Положительным свойством катода прямого накала является его экономичность, которая достигается благодаря малому количеству тепла, излучаемого в окружающую среду вследствие малой поверхности катода. Катоды прямого накала изготовляются из вольфрамовой и никелевой проволоки. Однако большая работа выхода (W = 4,2÷4,5 в) определяет высокую рабочую температуру катода, вследствие чего катод становится неэкономичным. Для повышения экономичности катода вольфрамовую или никелевую проволоку (керн) «активируют» — покрывают пленкой другого элемента. Такие катоды называются активированными.

Если на поверхность керна нанесена электроположительная пленка (пленка из цезия, тория или бария, имеющих меньшую работу выхода, чем материал керна), то происходит поляризация пленки: валентные электроны переходят в керн, и между положительно заряженной пленкой и керном возникает разность потенциалов, ускоряющая движение электрона при выходе его из керна.

Работа выхода катода с такой мономолекулярной электроположительной пленкой оказывается меньше работы выхода электрона как из основного металла, так и из металла пленки. При покрытии керна электроотрицательной пленкой, например кислородом, работа выхода катода увеличивается. Подогревные катоды выполняются в виде никелевых гильз, поверхность которых покрывается активным слоем металла, имеющим малую работу выхода. Внутри катода помещается подогреватель— вольфрамовая нить или спираль, подогрев которой может осуществляться как постоянным, так и переменным

Как работает гальванизация.

током.

 

Для изоляции подогревателя от гильзы внутренность последней покрывается алундом (Аl2O3). Подогревные катоды, благодаря их большой тепловой инерции, обычно питают переменным током, значительная поверхность гильзы обеспечивает большой эмиссионный ток. Подогревные катоды, однако, менее экономичны и разогреваются значительно дольше, чем катоды прямого накала.

Заключение

Рейтинг автора

Автор статьи

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Написано статей

Принцип работы анода и катода можно более подробно изучить из статьи Анод и катод в диодах.  Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте.

Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию во время подготовки материала:

www.electricalschool.infol

www.meanders.ru

www.electrik.info

www.elel.ru

www.kristallikov.net

www.obrazovaka.ru

Предыдущая

ТеорияЧто такое индуктивность

Следующая

ТеорияЗаконы Кирхгофа простыми словами: определение для электрической цепи

Анод и катод — что это и как правильно определить?

Про анод и катод источника питания необходимо знать тем, кто занимается практической электроникой. Что и как называют? Почему именно так? Будет углублённое рассмотрение темы с точки зрения не только радиолюбительства, но и химии. Наиболее популярное объяснение звучит следующим образом: анод – это положительный электрод, а катод – отрицательный. Увы, это не всегда верно и неполно. Чтобы уметь определить анод и катод, необходимо иметь теоретическую базу и знать, что да как. Давайте рассмотрим это в рамках статьи.

Анод

Обратимся к ГОСТ 15596-82, который занимается химическими источниками тока. Нас интересует информация, размещённая на третьей странице. Согласно ГОСТу, отрицательным электродом химического источника тока является именно анод. Вот так да! А почему именно так? Дело в том, что именно через него электрический ток входит из внешней цепи в сам источник. Как видите, не всё так легко, как кажется на первый взгляд. Можно посоветовать внимательно рассматривать представленные в статье картинки, если содержимое кажется слишком сложным – они помогут понять, что же автор хочет вам донести.

Катод

Обращаемся всё к тому же ГОСТ 15596-82. Положительным электродом химического источника тока является тот, при разряде из которого он выходит во внешнюю цепь. Как видите, данные, содержащиеся в ГОСТ 15596-82, рассматривают ситуацию с другой позиции. Поэтому при консультировании с другими людьми насчет определённых конструкций необходимо быть очень осторожным.

Возникновение терминов

Их ввёл ещё Фарадей в январе 1834 года, чтобы избежать неясности и добиться большей точности. Он предлагал и свой вариант запоминания на примере с Солнцем. Так, у него анод – это восход. Солнце движется вверх (ток входит). Катод – это заход. Солнце движется вниз (ток выходит).

Пример радиолампы и диода

Продолжаем разбираться, что для обозначения чего используется. Допустим, один из данных потребителей энергии у нас имеется в открытом состоянии (в прямом включении). Так, из внешней цепи диода в элемент по аноду входит электрический ток. Но не путайтесь благодаря такому объяснению с направлением электронов. Через катод во внешнюю цепь из используемого элемента выходит электрический ток. Та ситуация, что сложилась сейчас, напоминает случаи, когда люди смотрят на перевёрнутую картину. Если данные обозначения сложные – помните, что разбираться в них таким образом обязательно исключительно химикам. А сейчас давайте сделаем обратное включение. Можно заметить, что полупроводниковые диоды практически не будут проводить ток. Единственное возможное здесь исключение – обратный пробой элементов. А электровакуумные диоды (кенотроны, радиолампы) вообще не будут проводить обратный ток. Поэтому и считается (условно), что он через них не идёт. Поэтому формально выводы анод и катод у диода не выполняют свои функции.

Почему существует путаница?

Специально, чтобы облегчить обучение и практическое применение, было решено, что диодные элементы названия выводов не будут менять зависимо от своей схемы включения, и они будут «прикреплены» к физическим выводам. Но это не относится к аккумуляторам. Так, у полупроводниковых диодов всё зависит от типа проводимости кристалла. В электронных лампах этот вопрос привязан к электроду, который эмитирует электроны в месте расположения нити накала. Конечно, тут есть определённые нюансы: так, через такие полупроводниковые приборы, как супрессор и стабилитрон, может немного протекать обратный ток, но здесь существует специфика, явно выходящая за рамки статьи.

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:

  1. Во время зарядки положительный электрод принимает электрический ток и является анодом, а отрицательный его отпускает и именуется катодом.
  2. При отсутствии движения о них разговор вести нет смысла.
  3. Во время разряда положительный электрод отпускает электрический ток и является катодом, а отрицательный принимает и именуется анодом.

Об электрохимии замолвим слово

Здесь используют немного другие определения. Так, анод рассматривается как электрод, где протекают окислительные процессы. И вспоминая школьный курс химии, можете ответить, что происходит в другой части? Электрод, на котором протекают восстановительные процессы, называется катодом. Но здесь нет привязки к электронным приборам. Давайте рассмотрим ценность окислительно-восстановительных реакций для нас:

  1. Окисление. Происходит процесс отдачи частицей электрона. Нейтральная превращается в положительный ион, а отрицательная нейтрализуется.
  2. Восстановление. Происходит процесс получения частицей электрона. Положительная превращается в нейтральный ион, а потом в отрицательный при повторении.
  3. Оба процесса являются взаимосвязанными (так, количество электронов, что отданы, равняется присоединённому их числу).

Также Фарадеем для обозначения были введены названия для элементов, что принимают участие в химических реакциях:

  1. Катионы. Так называются положительно заряженные ионы, что двигаются в растворе электролита в сторону отрицательного полюса (катода).
  2. Анионы. Так называются отрицательно заряженные ионы, что двигаются в растворе электролита в сторону положительного полюса (анода).

Как происходят химические реакции?

Окислительная и восстановительная полуреакции являются разделёнными в пространстве. Переход электронов между катодом и анодом осуществляется не непосредственно, а благодаря проводнику внешней цепи, на котором создаётся электрический ток. Здесь можно наблюдать взаимное превращение электрической и химической форм энергии. Поэтому для образования внешней цепи системы из проводников разного рода (коими являются электроды в электролите) и необходимо пользоваться металлом. Видите ли, напряжение между анодом и катодом существует, как и один нюанс. И если бы не было элемента, что мешает им напрямую произвести необходимый процесс, то ценность источников химического тока была бы весьма низка. А так, благодаря тому, что заряду необходимо пройтись по той схеме, была собрана и работает техника.

Что есть что: шаг 1

Теперь давайте будем определять, что есть что. Возьмём гальванический элемент Якоби-Даниэля. С одной стороны он состоит из цинкового электрода, который опущен в раствор сульфата цинка. Затем идёт пористая перегородка. И с другой стороны имеется медный электрод, который расположен в растворе сульфата меди. Они соприкасаются между собой, но химические особенности и перегородка не дают смешаться.

Шаг 2: Процесс

Происходит окисление цинка, и электроны по внешней цепи двигаются к меди. Так получается, что гальванический элемент имеет анод, заряженный отрицательно, и катод — положительный. Причем данный процесс может протекать только в тех случаях, когда электронам есть куда «идти». Дело в том, что попасть напрямую от электрода к другому мешает наличие «изоляции».

Шаг 3: Электролиз

Давайте рассмотрим процесс электролиза. Установка для его прохождения является сосудом, в котором имеется раствор или расплав электролита. В него опущено два электрода. Они подключены к источнику постоянного тока. Анод в этом случае – это электрод, который подключен к положительному полюсу. Здесь происходит окисление. Отрицательно заряженный электрод – это катод. Здесь протекает реакция восстановления.

Шаг 4: Напоследок

Поэтому при оперировании данными понятиями всегда необходимо учитывать, что анод не в 100% случаев используется для обозначения отрицательного электрода. Также катод периодически может лишаться своего положительного заряда. Всё зависит от того, какой процесс на электроде протекает: восстановительный или окислительный.

Заключение

Вот таким всё и является – не очень сложно, но не скажешь, что и просто. Мы рассмотрели гальванический элемент, анод и катод с точки зрения схемы, и сейчас проблем с соединением источников питания с наработками у вас быть не должно. И напоследок нужно оставить ещё немного ценной для вас информации. Всегда приходится учитывать разницу, которую имеет потенциал катода/потенциал анода. Дело в том, что первый всегда будет немного большим. Это из-за того, что коэффициент полезного действия не работает с показателем в 100 % и часть зарядов рассеивается. Именно из-за этого можно увидеть, что аккумуляторы имеют ограничение на количество раз заряда и разряда.

17.2: Электролиз — Химия LibreTexts

Типичная электролитическая ячейка может быть изготовлена, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Два электрических проводника ( электродов ) погружены в жидкость, подлежащую электролизу. Эти электроды часто изготавливаются из инертного материала, такого как нержавеющая сталь, платина или графит. Жидкость, подлежащая электролизу, должна быть способна проводить электричество, поэтому обычно это водный раствор электролита или расплавленное ионное соединение. Электроды подключены проводами к батарее или другому источнику постоянного тока.Этот источник тока можно рассматривать как «электронный насос», который забирает электроны с одного электрода и выталкивает их на другой электрод. Электрод, с которого удаляются электроны, становится положительно заряженным, в то время как электрод, к которому они подводятся, имеет избыток электронов и отрицательный заряд.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): электролитическая ячейка. Батарея откачивает электроны от анода (делая его положительным) в катод (делая его отрицательным). Положительный анод притягивает к себе анионы, а отрицательный катод притягивает к себе катионы.Электрический ток переносится электронами в проводе и электродах, но он переносится анионами и катионами, движущимися в противоположных направлениях в самой ячейке. Поскольку анод может принимать электроны, на этом электроде происходит окисление. Катод является донором электронов и может вызвать восстановление. из Википедии (кредит XXX).

Отрицательно заряженный электрод притягивает к себе положительные ионы (катионы) из раствора. Он может отдавать часть своих избыточных электронов таким катионам или другим частицам в жидкости, подвергаемой электролизу.Следовательно, этот электрод фактически является восстановителем. В любом электрохимическом элементе (электролитическом или гальваническом) электрод, на котором происходит восстановление , называется катодом .

Положительный электрод, с другой стороны, притягивает к себе отрицательные ионы (анионы). Этот электрод может принимать электроны от этих отрицательных ионов или других частиц в растворе и, следовательно, ведет себя как окислитель. В любой электрохимической ячейке анод — это электрод, на котором происходит окисление .Простой способ запомнить, какой электрод — это то, что анод и окисление начинаются с гласных, в то время как катод и восстановление начинаются с согласных.

На следующем видео показан этот процесс в нейтральном водном растворе с некоторыми присутствующими электролитами.

В качестве примера того, как электролиз может вызвать химическую реакцию, предположим, что мы пропускаем постоянный электрический ток через 1 M HCl. Ионы H 3 O + в этом растворе будут притягиваться к катоду, а ионы Cl будут мигрировать к аноду.{-} (aq) \ rightarrow \ text {H} _2 (g) + \ text {Cl} _2 (g) + \ text {2H} _2 \ text {O} (l) \]

Чистая реакция [Уравнение \ (\ ref {3} \)] — это , обратная спонтанной комбинации H 2 ( г ) с Cl 2 ( г ) с образованием HCl ( водн ). Такой результат справедлив для электролиза в целом: электрический ток , подаваемый извне системы, вызывает несамопроизвольную химическую реакцию. {-} \]

Однако Li + — очень плохой акцептор электронов, и поэтому очень трудно заставить выполняться уравнение \ (\ ref {5} \).{-} \ label {8} \]

Общее уравнение можно получить, умножив уравнение \ (\ ref {7 } \ ) на 2, добавив его к уравнению \ (\ ref {8} \) и сложив H + с OH для получения H 2 O:

\ [\ text {2H} _2 \ text {O} (l) \ rightarrow \ text {2H} _2 (g) + \ text {O} _2 (g) \]

На следующем видео показан процесс электролиза воды с использованием серной кислоты в качестве моста для передачи заряда. После завершения электролиза идентичность образующихся газов проверяется с помощью тестов на горючие шины.

Таким образом, этот электролиз обращает спонтанную комбинацию H 2 и O 2 с образованием H 2 O. При обсуждении окислительно-восстановительных реакций мы упоминаем несколько окислителей, например, которые достаточно сильны, чтобы окислять H 2 O. В то же время мы описываем восстановители, которые достаточно сильны для восстановления H 2 O, такие как щелочные металлы и более тяжелые щелочноземельные металлы. Как правило, такие вещества не могут быть получены электролизом водных растворов, потому что вместо этого H 2 O окисляется или восстанавливается.Вещества, которые подвергаются спонтанной окислительно-восстановительной реакции с H 2 O, обычно получают электролизом расплавов солей или в каком-либо другом растворителе. Однако из этого правила есть некоторые исключения, потому что некоторые электродные реакции протекают медленнее, чем другие. Например, используя таблицу 11.5, мы можем предсказать, что H 2 O является лучшим восстановителем, чем Cl .

Следовательно, мы ожидаем, что O 2 , а не Cl 2 , будет получен путем электролиза 1 M HCl, что противоречит уравнению \ (\ ref {1} \).Оказывается, O 2 образуется медленнее , чем Cl 2 , и последний пузырится из раствора до того, как H 2 O может быть окислен. По этой причине Таблицу 1 из раздела Редокс-пары не всегда можно использовать для прогнозирования того, что произойдет при электролизе.

Химия батарей и элементов

Cell Chemistries

Как работают клетки

Гальваническое действие

Проще говоря, аккумуляторы можно рассматривать как электронные насосы.В
внутренняя химическая реакция внутри батареи между электролитом и
отрицательный металлический электрод производит накопление свободных электронов, каждый с отрицательным зарядом, на батарее.
отрицательная (-) клемма — анод. Химическая реакция между электролитом и
положительный (+) электрод внутри батареи производит избыток положительных (+) ионов
(атомы, у которых отсутствуют электроны, поэтому с чистым положительным зарядом) на
положительная (+) клемма — катод АКБ.Электрический
(насос) давление или разность потенциалов между клеммами + и —
называется напряжением или электродвижущей силой (ЭДС).

Разное
металлы имеют различное сродство к электронам. Когда два непохожих
металлы (или соединения металлов) контактируют или соединяются через
в проводящей среде электроны имеют тенденцию уходить из
металл с меньшим сродством к электронам, который становится положительно
заряжен, к металлу с большим сродством, который становится
отрицательно заряженный.Разница потенциалов между металлами будет
поэтому наращивайте до тех пор, пока он не уравновесит тенденцию электрона
передача между металлами. В этот момент «равновесный потенциал»
это то, что уравновешивает разницу между склонностями двух
металлы, чтобы получить или потерять электроны.

А
батарея или гальванический элемент хранит энергию в химической форме в своей активной
материалы и может ли это преобразовать это в электрическую энергию по запросу,
обычно с помощью электрохимического окисления-восстановления (окислительно-восстановительного)
реакция.(Обратите внимание, что общее название «окислительно-восстановительный потенциал», похоже, было
использованные в недавней конструкции проточной батареи с использованием двух ванадиевых
окислительно-восстановительные пары).

Каждая гальваническая или энергетическая ячейка состоит как минимум из трех, а иногда и из четырех компонентов

  1. Анод
    или отрицательный электрод (восстановительный или топливный электрод), который отказывает
    электронов во внешнюю цепь и окисляется во время
    электрохимическая (разрядная) реакция.Обычно это металл или
    сплав, но также используется водород. Анодный процесс — это окисление
    металл с образованием ионов металлов.

    (LEO теряют электроны — окисление)

  2. Катод
    или положительный электрод (окисляющий электрод), который принимает электроны
    от внешнего контура и уменьшается во время электрохимического
    (разрядка) реакция.Обычно это оксид или сульфид металла, но
    кислород также используется. Катодный процесс — это восстановление оксида
    оставить металл.
    (GER усиление электронов — уменьшение). Помните мнемоническое рычание льва.
  3. Электролит
    (ионный проводник), который обеспечивает среду для передачи заряда
    в виде ионов внутри ячейки между анодом и катодом. Электролит
    обычно представляет собой растворитель, содержащий растворенные химические вещества, обеспечивающие ионный
    проводимость.Он должен быть непроводником электронов, чтобы избежать
    разряд ячейки.
  4. Разделитель , который электрически изолирует положительный и отрицательный электроды.

Процесс разгрузки

Когда
аккумулятор полностью заряжен, на нем есть избыток электронов.
анод дает ему отрицательный заряд и дефицит на катоде дает
это положительный заряд, приводящий к разнице потенциалов на
клетка.

Когда цепь завершена
избыточные электроны текут во внешнюю цепь из отрицательно
заряженный анод, который теряет весь свой заряд в пользу положительно заряженного
катод, который принимает его, нейтрализуя его положительный заряд. Это действие
уменьшает разность потенциалов на ячейке до нуля. Схема
завершается или уравновешивается потоком положительных ионов в
электролит от анода до катода.

С
электроны заряжены отрицательно, электрический ток, который они
представляют потоки в обратном направлении от катода (положительный
клемма) к аноду (отрицательная клемма).

Две системы электролита

Принципы работы гальванического элемента могут быть продемонстрированы работой элемента Даниэля, системы с двумя электролитами.

КАТОД

ЯЧЕЙКА DANIELL

АНОД

плюс полюс батареи

Отрицательный полюс аккумулятора

Цинк теряет электроны быстрее, чем медь

Принимает электроны от внешней цепи

Подает электроны во внешнюю цепь

Отложения металлической меди на катоде

Цинк переходит в водный раствор

Сайт Редукция

Участок окисления

Полуячейка с наивысшим потенциалом электрода

Полуячейка с наименьшим электродным потенциалом

GER

LEO

Две системы первичных ячеек с электролитом существуют с 1836 года, когда была изобретена ячейка Даниэля для преодоления проблем поляризации.Эта компоновка показывает, что фактически имеется две полуэлементов , в которых происходят химические воздействия. Каждый электрод погружен в другой электролит, с которым он реагирует. Потенциал электрода ,
положительный или отрицательный — это напряжение, развиваемое одиночным
электрод. Электролиты отделены друг от друга солевым мостиком или пористой мембраной
который нейтрален и не принимает участия в реакции. В процессе
осмоса, он пропускает ионы сульфата, но блокирует металлический
ионы.

Эта схема с двумя электролитами дает больше степеней свободы или контроля над химическим процессом.

Хотя
более сложные эти клетки позволили построить клетки с более длительным сроком жизни
оптимизация комбинации электролит / электрод отдельно на каждом
электрод.

Совсем недавно они были использованы в качестве основы для проточных батарей, в которых электролиты прокачиваются через батарею, обеспечивая практически неограниченную емкость.

Цинк — очень популярный анодный материал, и вышеперечисленное химическое воздействие приводит к его растворению в электролите.

Можно сказать, что показанный элемент Даниэля «сжигает цинк и осаждает медь»

Примечание-
Простая ячейка с одним электролитом также может быть представлена ​​двумя половинными
клетки. Это можно рассматривать как частный случай ячейки Даниэля с
два электролита одинаковы.

модель ячейки в виде двух полуячейков используется электрохимиками и ячейкой
проектировщиков для расчета электродных потенциалов и определения характеристик
химические реакции внутри клетки. Напряжение ячейки или электродвижущая сила (ЭДС)
для внешнего тока, полученного от ячейки, — это разница в
стандартные электродные потенциалы двух реакций полуэлементов при
стандартные условия. Но настоящие гальванические элементы обычно отличаются от
стандартные условия.Уравнение Нернста
связывает фактическое напряжение химической ячейки со стандартным электродом
потенциалы с учетом температуры и концентраций
реагентов и продуктов. ЭДС ячейки будет уменьшаться по мере того, как
концентрация активных химикатов уменьшается по мере их использования
пока один из химикатов полностью не иссякнет.

Теоретическая энергия, доступная из ячейки, может быть рассчитана с использованием уравнения свободной энергии Гиббса для начального и конечного состояний равновесия.

К счастью
такое глубокое знание химии клетки и термодинамики не
обычно требуется инженером по применению аккумуляторов.

Первичные элементы

В
В первичных ячейках эта электрохимическая реакция необратима. В течение
выгрузка химических соединений постоянно меняется и
электрическая энергия высвобождается до тех пор, пока исходные соединения не станут
полностью истощен.Таким образом, ячейки можно использовать только один раз.

Вторичные элементы

В
вторичных ячеек эта электрохимическая реакция обратима и
исходные химические соединения могут быть восстановлены путем применения
электрический потенциал между электродами, инжектирующий энергию в
сотовый. Такие элементы можно многократно разряжать и перезаряжать.

Аккумулятор Action

Процесс зарядки

зарядное устройство снимает электроны с катода, оставляя его с сеткой
положительный заряд и заставляет их на аноде, давая ему отрицательный
заряжать.Энергия, закачиваемая в клетку, преобразует активные химические вещества.
вернуться в исходное состояние.

Выбор активных химикатов

напряжение и ток, генерируемые гальваническим элементом, напрямую связаны с
типы материалов, используемых в электродах и электролите.

Склонность отдельного металла или металлического соединения к выигрышу или проигрышу
электроны по отношению к другому материалу известны как его электрод
потенциал.Таким образом, сильные стороны окислителей и восстановителей равны
обозначены их стандартными потенциалами электродов. Соединения с
потенциал положительного электрода используется для анодов и анодов с
потенциал отрицательного электрода для катодов. Чем больше разница
между электродными потенциалами анода и катода, тем больше
ЭДС клетки и большее количество энергии, которое может быть
производится клеткой.

Электрохимическая серия
список или таблица металлических элементов или ионов, упорядоченных в соответствии с
их электродные потенциалы.Порядок показывает тенденцию одного металла
для восстановления ионов любого другого металла в ряду ниже него.

Образец из таблицы стандартных потенциалов показывает крайние значения из таблицы.

Сила окислителей и восстановителей

Катод (восстановительный)
Половина реакции

Стандартный потенциал
E (вольт)

Li + (водн.) + E — -> Li (s)

-3.04

К + (водн.) + Е — -> К (т)

-2,92

Ca 2+ (водн.) + 2e — -> Ca (s)

-2,76

Na + (водн.) + E — -> Na (s)

-2.71

Zn 2+ (водн.) + 2e — -> Zn (s)

-0,76

Cu 2+ (водн.) + 2e — -> Cu (s)

0,34

O 3 (г) + 2H + (водн.) + 2e — -> O 2 (г) + H 2 O (л)

2.07

F 2 (г) + 2e — -> 2F — (водн.)

2,87

значения для записей в таблице являются потенциалами восстановления, поэтому литий при
верхняя часть списка имеет самое отрицательное число, что указывает на то, что это
сильнейший восстановитель.Самый сильный окислитель — фтор.
с наибольшим положительным числом для стандартного потенциала электрода.

В таблице ниже показаны некоторые общие химические вещества, используемые для электродов батареи.
расположены в порядке их относительных электродных потенциалов.

Материалы анода

Материалы катода

(отрицательные клеммы)

(положительные выводы)

НАИЛУЧШИЕ — самые отрицательные

НАИЛУЧШИЕ Самые положительные

Литий Феррат
Магний Оксид железа
Алюминий Оксид меди
цинк Йодат
Хром Оксид меди
Утюг Оксид ртути
Никель Оксид кобальта
Олово Диоксид марганца
Свинец Диоксид свинца
Водород Оксид серебра
Медь Кислород
Серебро Оксигидроксид никеля
Палладий Диоксид никеля
Меркурий Перекись серебра
Платина Перманганат
Золото Бромат

НАИМЕНЕЕ Наименьшее отрицательное

НАИМЕНЕЕ Наименьшее положительное

Ячейки
использование водных (содержащих воду) электролитов ограничено по напряжению
до менее 2 вольт, потому что кислород и водород в воде
диссоциировать в присутствии напряжений выше этого напряжения.Литий
батареи (см. ниже), в которых используются неводные электролиты, не имеют
Эта проблема доступна для напряжений от 2,7 до 3,7 В.
Однако использование неводных электролитов приводит к тому, что эти клетки
имеющий относительно высокий внутренний импеданс.

Альтернативные химические реакции

Совсем недавно был разработан новый химический состав клеток с использованием химических реакций, альтернативных традиционной окислительно-восстановительной схеме.

Металлогидридные элементы

Металл
химический состав гидридных клеток зависит от способности некоторых металлов поглощать
большое количество водорода. Эти металлические сплавы, называемые гидридами,
может обеспечить накопитель водорода, который может обратимо реагировать в
химия аккумуляторных элементов. Такие металлы или сплавы используются для негативных
Электроды.Положительный электрод — гидроксид никеля, как в NiCad.
батареи.Электролит, который также является водным абсорбентом водорода.
раствор, такой как гидроксид калия, не принимает участия в реакции, но
служит для транспортировки водорода между электродами.

Литий-ионные элементы

Скорее
чем традиционное окислительно-восстановительное гальваническое действие, литий-ионный вторичный элемент
химия зависит от механизма «интеркаляции». Это включает
внедрение ионов лития в кристаллическую решетку матрицы
электрод без изменения его кристаллической структуры.Эти электроды имеют
два ключевых объекта недвижимости

  1. Открытые кристаллические структуры, которые позволяют вводить или извлекать ионы лития
  2. Способность одновременно принимать компенсирующие электроны

Такие электроды называются хозяевами интеркаляции.

В
типичный литиевый элемент, анод или отрицательный электрод основан на
Углерод и катод или положительный электрод изготовлены из лития.
Диоксид кобальта или диоксид марганца лития.(Другие химические вещества также
возможно)

Поскольку литий реагирует
сильно с водой, электролит состоит из неводных
органических солей лития и действует исключительно как проводящая среда и
не принимают участие в химическом действии, а так как вода не участвует в
химическое действие, выделение водорода и кислорода, как в
многие другие батареи также исключены.

Во время
разряда ионы лития диссоциируют от анода и мигрируют
через электролит и вставлены в кристаллическую структуру
соединение-хозяин.В то же время компенсирующие электроны перемещаются
во внешней цепи и принимаются хостом для балансировки
реакция.

Процесс полностью
обратимый. Таким образом, ионы лития проходят между
электроды во время зарядки и разрядки. Это привело к
названия «Кресло-качалка», «Качели» или «Волан» для литиевых элементов.
ионные батареи.

Варианты
по литиевой технологии также используются в первичных элементах, которые были
изначально разрабатывался для космического и военного применения.Это включает
Литий-тионилхлорид и литий-диоксид серы, которые
использовать реактивные электролиты и жидкие катоды для получения более высокой энергии
и плотности мощности.

Альтернативные химические вещества — особые ароматизаторы

Проектирование
лучший аккумулятор — это не просто вопрос выбора пары элементов
с большей разницей электродных потенциалов существует множество других
факторы, которые вступают в игру.Это могут быть: наличие и стоимость
сырье, стабильность или безопасность химической смеси,
технологичность комплектующих, обратимость
электрохимическая реакция, проводимость компонентов, рабочие
температурный диапазон и вполне возможно желание обойти некоторые
другой патент производителя. Все эти соображения приводят к
использовать ограниченный набор основных химикатов, но с более широким разнообразием
составы запатентованных материалов.

Больше
годы был разработан широкий спектр химического состава клеток и добавок.
разработан для оптимизации производительности ячеек для различных приложений.

Альтернатива
активные соединения могут быть заменены для увеличения плотности энергии (см.
ниже), увеличьте ток, уменьшите внутреннее сопротивление,
уменьшить саморазряд, увеличить напряжение на клеммах, улучшить
кулоновский КПД или снижение затрат.

Дополнительно
соединения могут быть включены для изменения поведения активного
составы для увеличения срока службы, для предотвращения коррозии или утечки, для
контролировать поляризацию или повысить безопасность.Они могут включать
катализаторы, которые можно использовать для промотирования или ускорения желаемого химического
такие действия, как рекомбинация активных химических веществ в запечатанных ячейках.
Они также могут включать ингибиторы, которые могут быть добавлены для замедления или
предотвратить нежелательные физические или химические воздействия, такие как образование
дендриты.

Добавлено
к диапазону доступного химического состава клеток относятся разные клетки
емкости и физические конструкции ячеек, батареи
Таким образом, у прикладного инженера есть множество вариантов, от которых
выберите.

Плотность энергии

плотность энергии — это мера количества энергии на единицу веса или
на единицу объема, который может храниться в батарее. Таким образом, для данного
вес или объем, химия ячейки с более высокой плотностью энергии будет хранить больше
энергия или, альтернативно, для данной емкости хранения более высокая энергия
ячейка плотности будет меньше и легче. На диаграмме ниже показаны некоторые
типичные примеры.

Относительная плотность энергии некоторых общепринятых химических составов вторичных ячеек

В
как правило, более высокая плотность энергии достигается за счет использования более реактивных
химикаты. Обратной стороной является то, что более химически активные химические вещества имеют тенденцию быть
нестабильно и может потребовать специальных мер безопасности.
Плотность энергии также зависит от качества активного
материалы, используемые в конструкции ячейки, с примесями, ограничивающими ячейку
возможности, которые могут быть достигнуты.Вот почему клетки из разных
производители с аналогичным химическим составом ячеек и аналогичной конструкцией
могут иметь другое энергосодержание и разрядные характеристики.

Примечание
что часто бывает разница между цилиндрической и призматической
клетки. Это связано с тем, что указанная плотность энергии обычно не относится к
только химическим веществам, но всей клетке, принимая во внимание
материалы корпуса ячеек и соединений. Таким образом, плотность энергии
зависит или ограничивается практичностью построения клеток.

Поставка основных химических элементов

Обеспокоены наличием экзотических химикатов и влиянием будущего спроса на цены?

На диаграмме ниже показано относительное содержание химических элементов в земной коре.

Источник — Информационный бюллетень Геологической службы США 087-02

Примечание. Из приведенной выше таблицы лития в 20–100 раз больше.
больше, чем свинец и никель.Причина, по которой это менее распространено, заключается в том, что
Литий, будучи гораздо более активным, чем любой другой металл, обычно
находится в свободном состоянии, но сочетается с другими элементами. От
контраст. Свинец, обладающий меньшей реактивностью, чаще встречается в свободном состоянии.
и его легче извлекать и очищать. Тяжелые металлы Кадмий и
Ртуть, использование которой в настоящее время не рекомендуется из-за их токсичности, составляет 1000
раз реже лития.

Токсичность лития

В
если вы задались вопросом, были ли какие-либо токсические эффекты, связанные с
Литий, утверждают, что литий, напротив, обладает терапевтическими свойствами.
преимущества.Безалкогольный напиток «7Up» появился в 1929 году, за два месяца до этого.
крах на Уолл-стрит с запоминающимся названием «Bib Label Lithiated»
Лимонно-лаймовая сода ».« 7Up »содержала цитрат лития до 1950 года, когда она
была переформулирована, как говорят некоторые из-за связи лития с умственными
болезнь. С 1940-х годов литий в форме карбоната лития
успешно использовался при лечении психических расстройств, в частности
маниакальная депрессия. Однако, как и в случае с большинством химикатов, небольшие дозы могут быть
безопасно или терапевтически, но слишком много может быть фатальным.

Сделайте аккумулятор дома или в школе

См. В разделе «Домашние батареи» инструкции о том, как сделать батарею из простых материалов, доступных в домашних условиях.

Практическая химия клеток

Некоторые
описаны наиболее распространенные химические составы клеток и их применение
для чего они подходят, если вы перейдете по ссылкам ниже: —

Первичные элементы

Вторичные элементы

Необычные батареи

Сравнительная таблица химического состава клеток

Альтернативные методы производства и хранения энергии

Определение: анод | Информация об открытой энергии

Положительный электрод в электрохимическом элементе или батарее. [1]

Определение Википедии

Анод — это электрод, через который обычный ток входит в поляризованное электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток покидает электрическое устройство. Распространенным мнемоническим символом является КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство». Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода во внешнюю цепь.В гальваническом элементе анод — это электрод, на котором происходит реакция окисления. Анод — это также проволока или пластина, имеющая избыточный положительный заряд. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду. Исторически анод также был известен как цинкод. Анод — это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток покидает электрическое устройство. Распространенным мнемоническим символом является КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство».Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода гальванического элемента во внешнюю цепь. В гальваническом элементе анод — это электрод, на котором происходит реакция окисления. Анод — это также проволока или пластина, имеющая избыточный положительный заряд. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду. Исторически анод также был известен как цинкод. Анод — это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство.Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток покидает электрическое устройство. Распространенным мнемоническим символом является КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство». Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода гальванического элемента во внешнюю цепь. В гальваническом элементе анод — это электрод, на котором происходит реакция окисления. В электролитической ячейке анод — это проволока или пластина, имеющая избыточный положительный заряд.Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду. Исторически анод также был известен как цинкод. Анод — это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток покидает электрическое устройство. Распространенным мнемоническим символом является КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство». Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода гальванического элемента во внешнюю цепь.В гальваническом элементе анод — это электрод, на котором происходит реакция окисления. В электролитической ячейке анод — это проволока или пластина, имеющая избыточный положительный заряд. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду, где они могут подвергнуться окислению. Исторически анод также был известен как цинкод. Анод — это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток покидает электрическое устройство.Распространенным мнемоническим символом является КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство». Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода гальванического элемента во внешнюю цепь. В электролитической ячейке анод является электродом, на котором происходит реакция окисления. В электролитической ячейке анод — это проволока или пластина, имеющая избыточный положительный заряд. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду, где они могут подвергнуться окислению.Исторически анод также был известен как цинкод. Анод — это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток покидает электрическое устройство. Распространенным мнемоническим символом является КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство». Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода гальванического элемента во внешнюю цепь.Как в гальванической ячейке, так и в электролитической ячейке анод является электродом, на котором происходит реакция окисления. В электролитической ячейке анод — это проволока или пластина, имеющая избыточный положительный заряд. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду, где они могут подвергнуться окислению. Исторически анод также был известен как цинкод. Анод — это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток покидает электрическое устройство.Распространенным мнемоническим символом является КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство». Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода гальванического элемента во внешнюю цепь. Как в гальванической ячейке, так и в электролитической ячейке анод является электродом, на котором происходит реакция окисления. В электролитической ячейке анод — это проволока или пластина, имеющая избыточный положительный заряд. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду, где они могут подвергнуться окислению.Исторически анод также был известен как цинкод. Анод — это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток покидает электрическое устройство. Распространенным мнемоническим символом является КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство». Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода гальванического элемента во внешнюю / внешнюю цепь, подключенную к элементу.Как в гальванической ячейке, так и в электролитической ячейке анод является электродом, на котором происходит реакция окисления. В электролитической ячейке анод — это проволока или пластина, имеющая избыточный положительный заряд. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду, где они могут подвергнуться окислению. Исторически анод также был известен как цинкод. Анод — это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток покидает электрическое устройство.Распространенным мнемоническим символом является КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство». 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 элементу. Как в гальванической ячейке, так и в электролитической ячейке анод является электродом, на котором происходит реакция окисления. В электролитической ячейке анод — это проволока или пластина, имеющая избыточный положительный заряд.Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду, где они могут подвергнуться окислению. Исторически анод также был известен как цинкод.
Связанные термины
Электрод, аккумулятор, электрический ток, солнечный элемент, электролит
Список литературы
  1. ↑ http://www1.eere.energy.gov/solar/solar_glossary.html

Electrical Charge — обзор

3.3.4 Анализ Мотта-Шоттки

Электрический заряд, подавляемый на границе раздела электрод / электролит из-за окислительно-восстановительных реакций, можно использовать для характеристики коррозионных свойств электрода в электрохимической установке.Соотношение Мотта-Шоттки (уравнение 13.4) используется для расчета плотности пространственного заряда C на границе электрод / электролит как функции приложенного потенциала V. Уравнение Мотта-Шоттки для полупроводника типа n имеет вид [62 –65];

(13,4) 1C2 = 2ɛ ° ɛeNDV − VFb − KBTe

где; ɛ — диэлектрическая проницаемость полупроводника, ɛ o — диэлектрическая проницаемость свободного пространства, равная 8,84 × 10 −14 Ф / см, N D — концентрация доноров, e — электронная заряда, В FB — потенциал плоской зоны, K B — постоянная Больцмана и T — абсолютная температура.Для полупроводника P-типа соотношение Мотта-Шоттки имеет вид [62–66];

(13,5) 1C2 = −2ɛ ° ɛeNAV − VFb + KBTe

Как обсуждалось ранее, плотность заряда на границе раздела электрод / электролит состоит из двух областей заряда, двойного электрического слоя и области рассеянного заряда, называемой пространственным зарядом. область, край. Эти две плотности заряда образуют два последовательно соединенных конденсатора, поэтому общая емкость распределения заряда может быть задана как [43,63];

(13,6) 1C = 1CSC + 1Cdl

, где C SC — емкость области пространственного заряда, а C dl — емкость двойного слоя.Следовательно, поскольку Cdl≻≻CSC в большинстве случаев, полная емкость принимается за емкость области пространственного заряда.

Для измерения емкости области пространственного заряда напряжение постоянного тока в зависимости от опорного потенциала прикладывается к электрохимической ячейке с образцом в качестве рабочего электрода. Сигнал переменного тока накладывается на сигнал постоянного тока, и электрохимический импеданс измеряется на одной частоте, обычно на частоте кГц. Емкость области пространственного заряда может быть вычислена из мнимой части импеданса, то есть Z ”= 1 / 2πfC.

Потенциал плоской зоны V FB и плотность дефектов N D могут быть определены из графика Мотта-Шоттки путем построения обратного квадрата емкости как функции приложенного потенциала. Это дает линейный график с точкой пересечения напряжения при потенциале плоской зоны и наклоном, пропорциональным концентрации доноров N D . Плотности дефектов N A, D можно вычислить из наклона графика Мотта-Шоттки a s ; [67–69]

(13.7) dC − 2dV = −2ɛrɛoQNA, D ⇒ NA, D = 2ɛrɛoQdC − 2dV

Коррозионная стойкость, пожалуй, второе наиболее изученное свойство тонких пленок нитрида хрома после его механических свойств. Благодаря превосходным трибологическим свойствам этих пленок, они широко изучаются на предмет их использования в областях, которые более подвержены коррозии. Твердые покрытия обычно изготавливают путем физического осаждения из паровой фазы для достижения наилучших механических свойств (твердости, износостойкости и низкого трения), но, с другой стороны, эти пленки характеризуются столбчатой ​​структурой зерен и поверхностными дефектами.Эти дефекты и межколончатые пустоты приводят к появлению отверстий и трещин, что в конечном итоге приводит к местной коррозии [44,54,60,70–72]. Для минимизации структурных дефектов и повышения коррозионной стойкости применяются различные методы, от изготовления пленок при низкой температуре до многослойных покрытий.

Пассивные пленки, сформированные на поверхности образцов в электролите, можно охарактеризовать емкостным поведением пленки как функцией приложенного потенциала.Графики Мотта-Шоттки были получены для образцов без покрытия и с покрытием из нитрида хрома в 0,5 М растворе NaCl. После построения графиков Мотта-Шоттки для всех образцов линейные области этих графиков были экстраполированы, чтобы найти их интервал x для измерения их соответствующих потенциалов плоских полос. Наклоны этих областей были также измерены для расчета плотности дефектов в пассивных пленках, сформированных на поверхности каждого образца.

На рис. 13.12 показаны графики Мотта-Шоткки для нержавеющей стали 304 без покрытия и с покрытием из нитрида хрома, испытанной в 0.5 M раствор NaCl при 37 o C. Все графики имеют отрицательные наклоны в области положительного приложенного потенциала, а также положительные наклоны в области отрицательного приложенного потенциала. Это индикатор образования двух различных типов полупроводниковых пассивных слоев, то есть полупроводников n-типа и p-типа в двух потенциальных областях. Оксидный слой p-типа является обычным для материалов на основе Cr и в большинстве случаев считается Cr 2 O 3 [43,53,73], в то время как слой n-типа возникает из-за образования глубокий слой Fe 2 O 3 на границе электролит / подложка в случае образца без покрытия.Слой Cr 2 O 3 на образцах с покрытием ведет себя как полупроводник n-типа, но с увеличением приложенного потенциала их характер меняется на p-тип из-за окисления Cr 3+ до CrO 4 2− ионов и образование катионных вакансий [74].

Рисунок 13.12. Графики Мотта-Шоттки для подложек из нержавеющей стали с покрытием и без покрытия, испытанных в 0,5 М растворе NaCl при 37 ° C.

Из рис. 13.12 видно, что область обеднения (область границы раздела полупроводник / металл, где приложенное напряжение более положительно, чем потенциал плоской зоны [75] пассивного слоя n-типа, выходит за пределы приложенного отрицательного напряжения. Напряжение.Точно так же область обеднения оксидного слоя p-типа, сформированного на образцах с покрытием, начинается от 0,5 В / нас. С другой стороны, обедненная область пассивного слоя n-типа, сформированного на голой подложке, находится между 0 и -0,5 В / SCE в соответствии с литературой [76], в то время как для слоя p-типа эта область является областью накопления. Способность переноса заряда на границе раздела полупроводник / проводник увеличивается, когда находится в состоянии накопления, и уменьшается, если он находится в области истощения [75].Таким образом, способность к переносу заряда образцов с покрытием на границе раздела электролит / покрытие намного меньше, чем у подложки без покрытия, поскольку пассивные пленки, сформированные на образцах с покрытием, не находятся в области накопления в диапазоне приложенного потенциала, то есть от −1 до +1 В / СЭ. Поскольку обедненные области оксидных слоев, сформированных на пленках CrN, больше, чем оксидные слои, сформированные на нержавеющей стали без покрытия, поэтому оксидные слои, сформированные на пленках CrN, более стабильны и обеспечивают лучшую коррозионную стойкость [75].

Идеальный график Мотта-Шоттки должен быть прямой линией, но в этом случае нелинейное поведение этих графиков указывает на дефектный характер пассивных пленок [77]. Потенциалы плоских полос этих пассивных слоев были измерены путем экстраполяции этих графиков на точку пересечения x , поскольку уравнение Мотта-Шоткки (уравнение 13.4) аналогично уравнению прямой линии.

Наклоны на рис. 13.12 в областях 0,0–0,5 В использовались для расчета плотности дефектов пассивных оксидных слоев, если емкостный отклик оксидного слоя определяется областью пространственного заряда, поскольку емкость двойного слоя намного больше. и им можно пренебречь, поскольку две области соединены последовательно.

На рис. 13.12 показано изменение пассивных пленок, сформированных на пленках нитрида хрома, осажденных с различной мощностью осаждения, то есть от 250 до 400 Вт, по сравнению с графиком Мотта-Шоттки пассивного слоя, сформированного на чистой нержавеющей стали. . Согласно соотношению Мотта-Шоткки (уравнения 13.4 и 13.5), плотность дефектов пассивного слоя обратно пропорциональна наклону графика Мотта-Шоткки. Следовательно, как видно из рис. 13.12 и таблицы 13.5, пассивный слой, сформированный на образце с покрытием из нитрида хрома, приготовленном при 350 Вт, имеет самую высокую плотность дефектов после образца без покрытия, а пленка, полученная при 300 Вт, имеет наименьшую.

В таблице 13.5 показаны плотности дефектов и потенциалы плоских зон для всех образцов. Потенциалы плоских полос были взяты как точки пересечения x линейных областей графиков Мотта-Шоттки, полученные экстраполяцией этих областей. Плотности дефектов N D были рассчитаны из наклонов графиков Мотта-Шоттки с использованием уравнения. (13.7)

Таблица 13.5. Параметры Мотта-Шоттки для нержавеющей стали 304 без покрытия и с покрытием из нитрида хрома, наплавленной при различной мощности наплавки и испытанной при 0.5 М раствор NaCl при 37 ° C.

08 1.20E p-образный

−1

Образец Н / см 3 E FB (мВ) Тип дефекта
250 W
300 W 3.62E + 20 587,36 p-тип
350 W 1.69E + 21 536.59 p-образный
400 W 1.05E + 21 563.87 p-образный
SS 2.10E + 21 N − 21

Где м — наклон линейной области на графиках Мотта-Шоттки; ɛ o , постоянная диэлектрической проницаемости была принята равной 8,814 × 10 −14 Ф / см, ɛ r как 25 для слоя оксида хрома [78].Из этих таблиц видно, что пассивные пленки, сформированные на покрытиях CrN, имеют меньшую плотность дефектов по сравнению с чистой нержавеющей сталью. Это указывает на большую компактность оксидного слоя, сформированного на покрытии CrN, чем оксидный слой, сформированный на нержавеющей стали.

Электролиз | Химия [Магистр]

Прогнозирование продуктов электролиза

Электролиз — это способ разделения соединения путем пропускания через него электрического тока; продукты представляют собой ионы, входящие в состав соединения.

Цели обучения

Предсказать продукты реакции электролиза

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Основными компонентами электролитической ячейки являются электролит, постоянный ток и два электрода.
  • Ключевой процесс электролиза — это обмен атомами и ионами путем удаления или добавления электронов во внешнюю цепь.
  • Окисление ионов или нейтральных молекул происходит на аноде, а восстановление ионов или нейтральных молекул происходит на катоде.
Ключевые термины
  • электролит : Вещество, которое в растворе или в расплавленном состоянии ионизирует и проводит электричество.
  • электролиз : химическое изменение, возникающее при пропускании электрического тока через проводящий раствор или расплав соли.

Что такое электролиз?

Чтобы предсказать продукты электролиза, нам сначала нужно понять, что такое электролиз и как он работает. Электролиз — это метод разделения связанных элементов и соединений путем пропускания через них электрического тока.Он использует постоянный электрический ток (DC), чтобы запустить в противном случае несамопроизвольную химическую реакцию. Электролиз очень важен с коммерческой точки зрения как стадия отделения элементов из природных источников, таких как руды, с использованием электролитической ячейки.

Основными компонентами, необходимыми для проведения электролиза, являются:

  • Электролит: вещество, содержащее свободные ионы, которые являются переносчиками электрического тока в электролите. Если ионы неподвижны, как в твердой соли, то электролиз не может происходить.
  • Источник постоянного тока (DC): обеспечивает энергию, необходимую для создания или разряда ионов в электролите. Электрический ток переносится электронами во внешней цепи.
  • Два электрода: электрический проводник, который обеспечивает физический интерфейс между электрической цепью, обеспечивающей энергию, и электролитом.

Обмен атомами и ионами

Ключевым процессом электролиза является обмен атомами и ионами путем удаления или добавления электронов во внешнюю цепь.Необходимые продукты электролиза находятся в физическом состоянии, отличном от состояния электролита, и могут быть удалены некоторыми физическими процессами.

Каждый электрод притягивает ионы противоположного заряда. Положительно заряженные ионы или катионы движутся к катоду, обеспечивающему электроны, который является отрицательным; отрицательно заряженные ионы или анионы движутся к положительному аноду. Вы могли заметить, что это противоположность гальванической ячейки, где анод отрицательный, а катод положительный.

На электродах электроны поглощаются или высвобождаются атомами и ионами. Те атомы, которые приобретают или теряют электроны, становятся заряженными ионами, которые переходят в электролит. Те ионы, которые приобретают или теряют электроны, чтобы стать незаряженными атомами , отделяются от электролита. Образование незаряженных атомов из ионов называется разрядкой. Энергия, необходимая для миграции ионов к электродам, и энергия, вызывающая изменение ионного состояния, обеспечивается внешним источником.{4 -} _ 6 [/ латекс]

Нейтральные молекулы также могут реагировать на любом из электродов. Реакции электролиза с участием ионов H + довольно распространены в кислых растворах. В щелочных водных растворах реакции с участием гидроксид-ионов (OH ) обычны. Окисленные или восстановленные вещества также могут быть растворителем, которым обычно является вода, или электродами. Возможен электролиз с участием газов.

Прогнозирование продуктов электролиза

Давайте посмотрим, как прогнозировать продукты.Например, на какие два иона распадется CuSO 4 ? Ответ: Cu 2+ и SO 4 2- . Давайте посмотрим на эту реакцию внимательнее.

Электролиз сульфата меди : два медных электрода помещают в раствор синего сульфата меди и подключают к источнику электрического тока. Ток включен на некоторое время.

Берем два медных электрода и помещаем их в раствор синего сульфата меди (CuSO 4 ) и включаем ток.- [/ латекс]

Мы только что видели электрический ток, используемый для расщепления CuSO 4 на составляющие ионы. Это все, что нужно для прогнозирования продуктов электролиза; все, что вам нужно сделать, это разложить соединение на составляющие ионы.

Электролиз хлорида натрия

Два обычно используемых метода электролиза включают расплав хлорида натрия и водный раствор хлорида натрия, которые дают разные продукты.

Цели обучения

Предсказать продукты электролиза хлорида натрия в расплавленных и водных условиях

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Металлический натрий и газообразный хлор могут быть получены электролизом расплавленного хлорида натрия.
  • Электролиз водного раствора хлорида натрия дает водород и хлор, при этом водный гидроксид натрия остается в растворе.
  • Причина различия в том, что восстановление Na + (E ° = –2,7 v) энергетически сложнее, чем восстановление воды (–1,23 v).
Ключевые термины
  • анод : электрод электрохимической ячейки, на которой происходит окисление.
  • катод : электрод электрохимической ячейки, на которой происходит восстановление.

Электролиз NaCl

Как мы уже говорили, электролиз — это прохождение постоянного электрического тока через ионное вещество, которое либо расплавлено, либо растворено в подходящем растворителе. Это приводит к химическим реакциям на электродах и разделению материалов. Два обычно используемых метода электролиза включают расплав хлорида натрия и водный раствор хлорида натрия. Вы можете подумать, что оба метода дадут вам одинаковые продукты, но это не так. Давайте рассмотрим каждый из методов, чтобы понять различные процессы.

Электролиз расплавленного NaCl

Если хлорид натрия расплавляется (выше 801 ° C), два электрода вставляются в расплав и через расплав соли пропускается электрический ток, после чего на электродах происходят химические реакции.

Электролизная ячейка для расплавленного хлорида натрия : Промышленная электролизная ячейка для производства металлического натрия и газообразного хлора из расплавленного NaCl. Жидкий натрий всплывает в верхнюю часть расплава над катодом и сливается в резервуар для хранения.{-} [/ латекс]

Общая реакция — это разложение хлорида натрия на элементы:

[латекс] 2 \ text {NaCl} \ rightarrow 2 \ text {Na} (\ text {s}) + {\ text {Cl}} _ {2} (\ text {g}) [/ latex]

Электролиз водного NaCl

Что происходит, когда у нас есть водный раствор хлорида натрия? Что ж, мы не можем забыть, что мы должны учитывать воду в уравнении. Поскольку вода может как окисляться, так и восстанавливаться, она конкурирует с растворенными ионами Na + и Cl .Вместо производства натрия производится водород.

Электролиз водного раствора хлорида натрия : Электролиз водного раствора NaCl приводит к образованию водорода и хлористого газа. На аноде (A) хлорид (Cl-) окисляется до хлора. Ионоселективная мембрана (B) позволяет противоиону Na + свободно проходить через нее, но предотвращает диффузию анионов, таких как гидроксид (OH-) и хлорид. На катоде (C) вода восстанавливается до гидроксида и газообразного водорода. Чистый процесс представляет собой электролиз водного раствора NaCl на промышленно полезные продукты — гидроксид натрия (NaOH) и газообразный хлор.{-} (\ text {aq}) + {\ text {H}} _ {2} (\ text {g}) + \ frac {1} {2} {\ text {Cl}} _ {2} ( \ text {g}) [/ latex]

Восстановление Na + (E ° = –2,7 об.) Энергетически сложнее, чем восстановление воды (–1,23 об.), Поэтому в водном растворе будет преобладать последнее.

Вывести продукты электролиза расплава соли : Электролиз расплава соли дает элементы из соли. Итак, электролиз WCl4 дает W и Cl2.Ионы металлов получают электроны на отрицательном электроде, а неметаллы теряют их на положительном электроде.

Электролиз воды

Чистая вода не может подвергаться значительному электролизу без электролита, такого как кислота или основание.

Цели обучения

Вспомните свойства электролита, которые позволяют проводить электролиз воды

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Электролиз раствора серной кислоты или соли, такой как NaNO 3 , приводит к разложению воды на обоих электродах.
  • На катоде появится водород, а на аноде появится кислород.
  • Количество образующегося водорода в два раза превышает количество молей кислорода, и оба они пропорциональны общему электрическому заряду, проводимому раствором.
Ключевые термины
  • электролиз : химическое изменение, возникающее при пропускании электрического тока через проводящий раствор или расплав соли.

Чистая вода не может подвергаться значительному электролизу без добавления электролита.{-} [/ латекс]

E ° = -1,23 В

Умножение катодной реакции на 2, чтобы соответствовать количеству перенесенных электронов, дает это чистое уравнение после объединения ионов OH и H + с образованием воды:

Сеть: [латекс] 2 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} (\ text {l}) \ rightarrow 2 {\ text {H}} _ {2} (\ text {g} ) + {\ text {O}} _ {2} (\ text {g}) [/ latex]

E = -1,23 v

Водород появится на катоде, отрицательно заряженном электроде, где электроны входят в воду, и кислород появится на аноде, положительно заряженном электроде.Количество образовавшихся молей водорода в два раза больше количества молей кислорода, и оба они пропорциональны общему электрическому заряду, проводимому раствором. Количество электронов, проталкиваемых через воду, в два раза превышает количество образованных молекул водорода и в четыре раза больше, чем количество образованных молекул кислорода.

Иоганн Риттер, который изобрел первый электрохимический элемент, был одним из первых, кто открыл разложение воды электричеством.

Электролиз воды : Устройство, изобретенное Иоганном Вильгельмом Риттером для разработки электролиза воды.

Стехиометрия электролиза

Количество химического изменения, которое происходит при электролизе, стехиометрически связано с количеством электронов, проходящих через элемент.

Цели обучения

Предсказать, сколько кулонов потребуется для данной электрохимической реакции

Основные выводы

Ключевые моменты
  • С точки зрения источника напряжения и цепи вне электродов, поток электронов обычно описывается в терминах электрического тока с использованием кулонов и ампер в единицах СИ.
  • Требуется 96 485 кулонов, чтобы составить моль электронов, единицу, известную как фарадей (F).
  • Эквивалентный вес вещества определяется как молярная масса, деленная на количество электронов, необходимых для окисления или восстановления каждой единицы вещества.
Ключевые термины
  • кулонов : В Международной системе единиц — производная единица электрического заряда; количество электрического заряда, переносимого током в 1 ампер, протекающим в течение 1 секунды.Символ: C.
  • фарадей : количество электричества, необходимое для депонирования или высвобождения 1 грамма эквивалентного веса вещества во время электролиза; приблизительно 96 487 кулонов.

Стехиометрия электролитической ячейки

Степень химического изменения, происходящего в электролитической ячейке, стехиометрически зависит от количества молей электронов, проходящих через ячейку. С точки зрения источника напряжения и цепи вне электродов, поток электронов обычно описывается в терминах электрического тока с использованием единиц СИ — кулонов и ампер.Чтобы составить моль электронов, требуется 96 485 кулонов — единица, известная как фарадей (F).

Это соотношение было впервые сформулировано Майклом Фарадеем в 1832 году в форме двух законов электролиза:

  1. Вес веществ, образующихся на электроде во время электролиза, прямо пропорционален количеству электричества, которое проходит через электролит.
  2. Вес различных веществ, образованных при прохождении одного и того же количества электричества, пропорционален эквивалентному весу каждого вещества.- \ rightarrow \ text {V} [/ latex]).

    Большинство стехиометрических задач, связанных с электролизом, могут быть решены без явного использования законов Фарадея. «Химия» в этих задачах обычно очень элементарна; основные трудности обычно возникают из-за незнания основных электрических устройств:

    • ток (в амперах) — это скорость переноса заряда: 1 ампер = 1 [латекс] \ frac {\ text {Coulombs}} {\ text {second}} [/ latex].
    • Мощность

    • (в ваттах) — это скорость производства или потребления энергии: 1 Вт = 1 [латекс] \ frac {\ text {Джоуль}} {\ text {second}} [/ latex]. -} = 1184 \ \ text {Coulombs} [/ latex]

      1.5 часов эквивалентны 5400 секундам:

      [латекс] \ frac {1184 \ \ text {Coulombs}} {5400 \ \ text {seconds}} = 0,22 \ \ text {Amps} [/ latex]

      Электрофорез — MCAT Physical

      Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает
      или несколько ваших авторских прав, сообщите нам об этом, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее
      то
      информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на
      ан
      Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент
      средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

      Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как
      в виде
      ChillingEffects.org.

      Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно
      искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится
      на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

      Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

      Вы должны включить следующее:

      Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени;
      Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены;
      Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \
      достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем
      а
      ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание
      к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба;
      Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также
      Ваше заявление: (а) вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает
      ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все
      информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы
      либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

      Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

      Чарльз Кон
      Varsity Tutors LLC
      101 S. Hanley Rd, Suite 300
      St. Louis, MO 63105

      Или заполните форму ниже:

      Рентгеновская трубка

      ВОПРОСЫ

      1. Внутри рентгеновской трубки находятся анод и катод. Что заряжено отрицательно, а какое положительно?
      2. Какова роль анода и катода в производстве рентгеновских лучей?
      3. Почему анод сделан из вольфрама и почему он установлен на меди.Если на то пошло, почему он крутится?
      4. Что такое цепь низкого напряжения рентгеновского аппарата?
      5. Что, черт возьми, является фокусом вашего рентгеновского аппарата?
      6. Что такое эффект каблука?
      7. Что такое «несфокусное» или «стволовое» излучение?
      8. Что заставляет большинство рентгеновских аппаратов выходить из строя? (Какая часть обычно выходит из строя первой)?
      9. В идеале вам нужна техника с высоким KVP и низким мАс. (меньше секунд = меньше артефактов движения и меньше износа нити).Хорошо, допустим, мы используем 60 квп и 10 мА при 0,4 сек. Как мы могли получить такую ​​же пленку, но с более высоким КПД и более низким мА?
      10. Если говорить о рентгеновском аппарате, что, черт возьми, такое «исправление»?

      ОТВЕТА

      1. Это вопрос дислексического типа, потому что электроды названы не по тому, как они заряжены, а по тому, как частицы движутся к ним. «Кат» означает положительный, означающий, что положительно заряженные частицы направляются к катоду.«An» означает, что отрицательно заряженные и отрицательно заряженные частицы направляются к аноду. Это означает, что катод заряжен отрицательно, а анод — положительно.
      2. Катод представляет собой нить накала, которая нагревается при зарядке машины. Другими словами, мы помещаем на катод кучу электронов. Анод — это цель (поле атомов, через которое мы будем пропускать электроны. Когда мы нажимаем педаль полностью вниз, мы помещаем разность потенциалов между анодом и катодом, и в этот момент электроны перемещаются по на мишени и производится рентгеновское излучение.
      3. Там довольно жарко, все эти электроны летают и генерируются рентгеновские лучи. Фактически, когда электронный луч ударяет по аноду, 99% потерянной энергии теряется в виде тепла, а не в виде фотонов (я ненавижу, когда это происходит). Мы вращаем анод, чтобы рассеять тепло, а медь помогает отводить тепло. Фактическая мишень сделана из вольфрама из-за высокого числа Z у вольфрама (мы получаем рентгеновские лучи, а не какой-либо другой вид света).
      4. Схема низкого напряжения нагревает нить накала (катод), то есть помещает электроны на катод.Обратите внимание, что катод имеет форму чашки, чтобы фокусировать электроны. В схеме есть переменный резистор, который позволяет вам установить, сколько электронов вы поместите на катод (установка мА). Также есть «понижающий трансформатор» — нам нужно около 10 вольт в этой цепи, а в стене — около 220. Также есть цепь высокого напряжения, которая создает высокий потенциал на электродах. В нем есть повышающий трансформатор, поэтому мы можем получать киловольт на наших электродах, а не только жалкие 220 вольт на стене.
      5. Фокусное пятно — это область на анодной мишени, куда попадает электронный луч. Более крупное фокусное пятно может вместить больше тепла и, таким образом, помогает машине прослужить дольше. Это особенно необходимо, если вы собираетесь быстро снимать фильмы или пытаетесь проникнуть в большое животное. Однако небольшое фокусное пятно дает лучшую детализацию рентгенограммы. На самом деле это еще не все, но без фотографий я не могу вам показать.
      6. Ладно, попробую без картинок объяснить.Представьте себе прямоугольник, высокий и худой. Отрежьте левый нижний угол. Так выглядит анод с мишенью в срезанном углу. Скажем, электронный луч направляется прямо в этот отрезанный угол. Рентгеновские лучи излучаются из этой точки во всех направлениях на 360 градусов вокруг фокального пятна. Но у нас нет первичного луча, который вращается на 360 градусов, потому что анод сделан из металла, а металл хорошо поглощает рентгеновские лучи. Сотрите ту часть фасоли на 360 градусов, которую снимает анод.Таким образом, первичный пучок более тяжелый для рентгеновских лучей на стороне катода и более слабый (меньше фотонов) на стороне анода. Вы должны приложить самую толстую часть вашего пациента к катоду, чтобы воспользоваться эффектом пятки. (Имеет ли это смысл? Если нет, я попытаюсь загрузить графику.)
      7. Этот тип излучения относится к рентгеновским лучам, возникающим в результате взаимодействия электронов и частей трубки, кроме мишени. Мы не можем контролировать направление полученных фотонов, поэтому они будут способствовать запотеванию пленки, а не первичному лучу.Мы бы хотели убрать их из поля зрения (без каламбура). Встраивание мишени в графит с низким числом Z помогает гарантировать, что полученные в результате расфокусированные фотоны имеют низкую энергию и будут поглощены корпусом трубки задолго до того, как они увидят пленку ниже.
      8. Нить накала (катод) обычно сначала выходит из строя. Когда вы покупаете рентгеновский аппарат, нить накаливания выдерживает 500 минут при максимальной температуре, прежде чем она сломается. Вы знаете, тепловой стресс. Вы можете испортить машину намного раньше, настроив пленку, нажав переключатель режима ожидания (который нагревает пленку и раскручивает анод), а затем не снимая пленку.(Вы тратите ценные минуты жизни нити накала.) Когда нить накаливания выходит из строя, амперметр на машине не двигается, когда вы щелкаете пленку, и пленка не экспонируется, когда выходит из процессора. Следующая наиболее вероятная причина неисправности — это перегретые анодные подшипники. Жужжание анода просто звучит забавно или вообще не звучит. Без вращения поверхность анода будет ямиться, и луч не будет надежно соответствовать настройкам kvp.
      9. Когда вы увеличиваете kvp на 10, вы можете сократить мА вдвое и получить ту же пленку.Таким образом, мы могли использовать 70 кВп и 10 мА за 0,2 секунды. Мы также можем использовать 90 квп, 5 мА и 0,1 сек.
      10. В настенную розетку подается переменный ток. Это означает, что потенциал, заставляющий электроны двигаться по медному проводу вашего компьютера, подключенного к стене, заставляет электроны двигаться вперед, затем они останавливаются, затем движутся назад и продолжают чередоваться таким образом. Что ж, ваш рентгеновский аппарат не использует движущихся назад электронов, поэтому нам нужно внести некоторые изменения (исправление.)

        При использовании устройства, называемого «выпрямитель», обратный ток блокируется. Это единственное, что решает проблему, потому что теперь можно использовать только половину электронов (мы заблокировали те, которые идут назад).

        Добавить комментарий

        Ваш адрес email не будет опубликован.