غالبًا ما تكون هناك مشكلة في تحديد أي من الأقطاب هو الكاثود وأي القطب الموجب. تحتاج أولاً إلى فهم الشروط.
محتوى
مفهوم الكاثود والأنود - شرح بسيط
في المواد المعقدة ، تتوزع الإلكترونات بشكل غير متساو بين الذرات في المركبات. نتيجة للتفاعل ، تنتقل الجسيمات من ذرة مادة إلى ذرة مادة أخرى. يسمى رد الفعل الأكسدة والاختزال. يسمى فقدان الإلكترونات بالأكسدة ، والعنصر الذي يتبرع بالإلكترونات يسمى عامل الاختزال.
إضافة الإلكترونات تسمى الاختزال ، والعنصر المستقبِل في هذه العملية هو العامل المؤكسد. يمكن أن يستمر نقل الإلكترونات من عامل الاختزال إلى العامل المؤكسد من خلال دائرة خارجية ، ومن ثم يمكن استخدامها كمصدر للطاقة الكهربائية.تسمى الأجهزة التي يتم فيها تحويل طاقة التفاعل الكيميائي إلى طاقة كهربائية بالخلايا الجلفانية.
أبسط مثال كلاسيكي للخلية الجلفانية هو لوحان مصنوعان من معادن مختلفة ومغموران في محلول إلكتروليت. في مثل هذا النظام ، تحدث الأكسدة على معدن ، ويحدث الاختزال في معدن آخر.
مهم! يسمى القطب الذي تحدث فيه الأكسدة بالقطب الموجب. القطب الذي يحدث فيه الاختزال هو الكاثود.
من كتب الكيمياء المدرسية ، يُعرف مثال على خلية جلفانية من النحاس والزنك ، والتي تعمل بسبب طاقة التفاعل بين الزنك وكبريتات النحاس. في جهاز Jacobi-Daniel ، يتم وضع صفيحة نحاسية في محلول كبريتات النحاس (قطب نحاسي) ، ويتم غمر صفيحة الزنك في محلول كبريتات الزنك (قطب كهربائي من الزنك). يعطي قطب الزنك الكاتيونات إلى المحلول ، مما يخلق شحنة موجبة زائدة فيه ، وفي القطب النحاسي ينضب المحلول في الكاتيونات ، وهنا يكون المحلول سالبًا.
يؤدي إغلاق الدائرة الخارجية إلى تدفق الإلكترونات من قطب الزنك إلى القطب النحاسي. تنقطع علاقات التوازن عند حدود المرحلة. يحدث تفاعل الأكسدة والاختزال.
يتم تحويل طاقة التفاعل الكيميائي العفوي إلى طاقة كهربائية.
إذا تم إثارة تفاعل كيميائي بواسطة طاقة خارجية لتيار كهربائي ، تحدث عملية تسمى التحليل الكهربائي. العمليات التي تحدث أثناء التحليل الكهربائي هي عكس العمليات التي تحدث أثناء تشغيل الخلية الجلفانية.
الانتباه! يُطلق على القطب الكهربي الذي يحدث فيه الاختزال أيضًا اسم الكاثود ، ولكن في التحليل الكهربائي يتم شحنه سالبًا ، بينما يكون القطب الموجب موجب الشحنة.
التطبيق في الكيمياء الكهربائية
تشارك الأنودات والكاثودات في العديد من التفاعلات الكيميائية:
- التحليل الكهربائي؛
- استخلاص كهربائي.
- الكهربائي؛
- النوع الكهربائي.
يتم الحصول على المعادن عن طريق التحليل الكهربائي للمركبات المنصهرة والمحاليل المائية ، ويتم تنقية المعادن من الشوائب واستخراج المكونات القيمة (التكرير بالتحليل الكهربائي). تصب اللوحات من المعدن المراد تنظيفها. يتم وضعها كأنودات في المحلل الكهربائي. تحت تأثير التيار الكهربائي ، يخضع المعدن للانحلال. تدخل كاتيوناتها في المحلول ويتم تفريغها عند الكاثود ، مكونة ترسبًا من المعدن النقي. تظل الشوائب الموجودة في اللوح المعدني الأصلي غير النظيف غير قابلة للذوبان مثل حمأة الأنود أو تنتقل إلى المنحل بالكهرباء حيث تتم إزالتها. يخضع النحاس والنيكل والرصاص والذهب والفضة والقصدير للتكرير بالتحليل الكهربائي.
الاستخراج الكهربائي هو عملية فصل معدن عن محلول أثناء التحليل الكهربائي. لكي يدخل المعدن في المحلول ، يتم معالجته بكواشف خاصة. أثناء العملية ، يتم ترسيب معدن عالي النقاوة عند الكاثود. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على الزنك والنحاس والكادميوم.
لتجنب التآكل ، لإعطاء القوة ، ولتزيين المنتج ، يتم تغطية سطح أحد المعادن بطبقة أخرى. هذه العملية تسمى الطلاء الكهربائي.
الطلاء الكهربائي هو عملية الحصول على نسخ معدنية من الأجسام السائبة عن طريق الترسيب الكهربائي للمعادن.
التطبيق في فراغ الأجهزة الإلكترونية
يمكن توضيح مبدأ تشغيل الكاثود والأنود في جهاز التفريغ بواسطة مصباح إلكتروني.يبدو وكأنه وعاء مغلق بإحكام وبداخله أجزاء معدنية. يستخدم الجهاز لتصحيح الإشارات الكهربائية وتوليدها وتحويلها. حسب عدد الأقطاب الكهربائية هناك:
- الثنائيات.
- الصمامات الثلاثية.
- رباعيات.
- pentodes ، إلخ.
الصمام الثنائي هو جهاز تفريغ به قطبين ، كاثود وأنود. يتم توصيل الكاثود بالقطب السالب لمصدر الطاقة ، الأنود - بالقطب الموجب. الغرض من الكاثود هو إصدار إلكترونات عند تسخينها بواسطة تيار كهربائي إلى درجة حرارة معينة. تخلق الإلكترونات المنبعثة شحنة فضائية بين الكاثود والأنود. أسرع الإلكترونات تندفع إلى القطب الموجب ، متغلبًا على حاجز الجهد السالب لشحنة الفضاء. يستقبل الأنود هذه الجسيمات. يتم إنشاء تيار الأنود في الدائرة الخارجية. يتم التحكم في التدفق الإلكتروني بواسطة أقطاب كهربائية إضافية عن طريق تطبيق جهد كهربائي عليها. عن طريق الثنائيات ، يتم تحويل التيار المتردد إلى تيار مباشر.
التطبيق في الإلكترونيات
اليوم ، يتم استخدام أنواع أشباه الموصلات من الثنائيات.
في الإلكترونيات ، تُستخدم على نطاق واسع خاصية الثنائيات لتمرير التيار في الاتجاه الأمامي وعدم المرور في الاتجاه المعاكس.
يعتمد تشغيل مؤشر LED على خاصية بلورات أشباه الموصلات للتوهج عند مرور تيار عبر تقاطع p-n في الاتجاه الأمامي.
مصادر التيار المباشر الكلفاني - البطاريات
تسمى المصادر الكيميائية للتيار الكهربائي التي تحدث فيها تفاعلات عكسية البطاريات: يتم إعادة شحنها واستخدامها بشكل متكرر.
أثناء تشغيل بطارية الرصاص ، يحدث تفاعل الأكسدة والاختزال.يتأكسد الرصاص المعدني ، ويتبرع بإلكتروناته ، مما يقلل من ثاني أكسيد الرصاص الذي يقبل الإلكترونات. معدن الرصاص في البطارية هو الأنود ويتم شحنه سالبًا. ثاني أكسيد الرصاص عبارة عن كاثود وهو ذو شحنة موجبة.
أثناء تفريغ البطارية ، يتم استهلاك مواد الكاثود والأنود والكهارل ، حمض الكبريتيك. لشحن البطارية ، يتم توصيلها بمصدر حالي (زائد إلى ناقص إلى ناقص). أصبح اتجاه التيار الآن عكس ما كان عليه عندما تم تفريغ البطارية. يتم "عكس" العمليات الكهروكيميائية على الأقطاب الكهربائية. الآن يصبح قطب الرصاص هو الكاثود ، وتحدث عملية الاختزال عليه ، ويصبح ثاني أكسيد الرصاص هو الأنود ، مع إجراء عملية الأكسدة. تعيد البطارية تكوين المواد اللازمة لتشغيلها.
لماذا هناك ارتباك؟
تنشأ المشكلة من حقيقة أن علامة شحنة معينة لا يمكن ربطها بقوة بالقطب الموجب أو الكاثود. غالبًا ما يكون القطب السالب قطبًا موجب الشحنة ، ويكون القطب الموجب سالبًا. في كثير من الأحيان ، ولكن ليس دائمًا. كل هذا يتوقف على العملية التي تجري على القطب.
الانتباه! يمكن أن يكون الجزء الذي يتم وضعه في الإلكتروليت هو الأنود والكاثود. كل هذا يتوقف على الغرض من العملية: تحتاج إلى وضع طبقة أخرى من المعدن عليها أو إزالتها.
كيفية التعرف على الأنود والكاثود
في الكيمياء الكهربائية ، القطب الموجب هو القطب الذي تحدث فيه عمليات الأكسدة ، والكاثود هو القطب الذي يحدث فيه الاختزال.
في الصمام الثنائي ، تسمى الصنابير الأنود والكاثود. سوف يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي إذا كان حنفية الأنود متصلة بضغط "زائد" ، و "الكاثود" - إلى "ناقص".
بالنسبة لمصباح LED جديد مع جهات اتصال غير مقطوعة ، يتم تحديد الأنود والكاثود بصريًا حسب الطول. الكاثود أقصر.
إذا تم قطع جهات الاتصال ، فستساعد البطارية المتصلة بها. سيظهر الضوء عندما تتطابق الأقطاب.
علامة الأنود والكاثود
في الكيمياء الكهربائية ، من الأصح الحديث ليس عن علامات شحنات الأقطاب الكهربائية ، ولكن عن العمليات الجارية عليها. يحدث تفاعل الاختزال عند القطب السالب ، ويحدث تفاعل الأكسدة عند القطب الموجب.
في الهندسة الكهربائية ، لتدفق التيار ، يتم توصيل الكاثود بالقطب السالب للمصدر الحالي ، القطب الموجب بالقطب الموجب.
مقالات مماثلة:
