8-900-374-94-44
Изучение таких отраслей, как электрохимия и цветная металлургия, невозможно без понимания в полной мере терминов катод и анод. В то же время эти термины являются неотъемлемой частью вакуумных и полупроводниковых электронных приборов.
Вакуумные и полупроводниковые компоненты
Под электрохимией следует понимать раздел физической химии, изучающий химические процессы, вызываемые воздействием электрического тока, а также электрические явления, вызываемые химическими процессами. Существует два основных вида электрохимических операций:
Гальванический элемент в электрохимии
В электрохимии под терминами анод и катод понимают следующее:
Под процессами окисления стоит понимать процедуру, при которой частица отдает электроны. Восстановительный процесс подразумевает процедуру принятия электронов частицей. Соответственно, частицы, которые отдают электроны, именуются «восстановителями», и они подвержены окислению. Частицы, которые принимают электроны, именуются «окислителями», они восстанавливаются.
Цветная металлургия широко использует процесс электролиза для выделения металлов из добытых руд и дальнейшей очистки. В процедуре электролиза применяются растворимые и нерастворимые аноды, а сами процессы называются электрорафинированием и электроэкстракцией, соответственно.
Одной из разновидностей электровакуумных приборов является электронная лампа. Предназначение электроламп – регулирование потока электронов, дрейфующих в вакууме между другими электродами. Конструктивно электролампа выглядит как герметичный сосуд-баллон, с помещенными в середине мелкими металлическими выводами. Численность выводов зависит от вида радиолампы.
Устройство электронной лампы
В составе любой радиолампы такие элементы:
Катодом электролампы подразумевается разогретый электрод, подключенный к «минусу» блока питания и испускающий электроны, будучи накаленным. Эти электроны движутся к аноду, подключенному к «плюсу». Процесс испускания электронов разогретым катодом называется термоэмиссией, а возникший при этом ток именуется током термоэмиссии. Метод нагрева обуславливает разновидности катодов:
Катодом непосредственного накала является прочный вольфрамовый проводник большого сопротивления. Прогревание катода проходит путем подвода к нему напряжения.
Важно! К особенностям электронных ламп непосредственного нагрева относятся быстрый запуск лампы в работу при меньшем потреблении мощности, хотя за счет срока службы. Поскольку питающий ток таких ламп является постоянным, то ограничено их применение в среде переменного тока.
Электролампы, у которых внутри катода, выполненного в виде цилиндра, размещена нагревающая нить, называются радиолампами косвенного нагрева.
Конструктивно анод выглядит в виде пластины либо коробочки, размещенной вокруг катода с сеткой и имеющей потенциал, обратный катоду. Дополнительные электроды, размещенные между анодом и катодом, называются сеткой и применяются для регулировки потока электронов.
К полупроводниковым приборам относятся устройства, состоящие из вещества, удельное электрическое сопротивление которого больше сопротивления проводника, но меньше сопротивления диэлектрика. К особенностям таких приборов относится большая зависимость электропроводимости от концентрации добавок и влияния электрическим током. Свойства p-n перехода определяют принципы работы большей части полупроводниковых компонентов.
Наиболее простым представителем полупроводниковых компонентов является диод. Это элемент, имеющий два вывода и один p-n переход, отличительной особенностью которого выступает протекание тока в одном направлении.
Диод полупроводниковый
Отводы компонента называются анод и катод. Протекание тока по элементу возможно при подключении «плюса» к аноду и «минуса» – к катоду. При противоположном подсоединении элемент запирается, и ток не протекает.
Такие словосочетания, как анод и катод, в полной мере применяются в приборостроении и индустрии, будь то электрохимия, вакуумные приборы или полупроводниковые приборы. Усвоение многих процессов затруднительно или невозможно без понимания терминов анод и катод.
elquanta.ru
Катод (от греч. κάθοδος — ход вниз; возвращение) — электрод некоторого прибора, присоединённый к отрицательному полюсу источника тока.
В электрохимии катод — электрод, на котором происходят реакции восстановления. Например, при электролитическом рафинировании металлов (меди, никеля и пр.) на катоде осаждается очищенный металл.
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.
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.
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.
dic.academic.ru
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.
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:
Чаще всего на производстве используют цинковые аноды. Они бывают:
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
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.
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.
elquanta.ru
В металлургии используется анод для гальваники для того, чтобы наносить на поверхность изделий слой металла электрохимическим способом или для электрорафинирования. При этом процессе металл с примесями полностью растворяется на аноде, а потом осаждается в чистом виде на катоде.
В основном распространены аноды из цинка, которые могут быть литыми, сферическими, катаными. Причем последние используются чаще всего. Кроме того, берут аноды из никеля, меди, олова, бронзы, кадмия, сплава сурьмы и свинца, серебра, платины и золота. А вот из кадмия аноды почти не используют, что обуславливается их экологической вредностью.
В вакуумных электронных приборах анод – это специальный электрод, который способен притягивать к себе любые летящие электроны, которые испущены катодом. В рентгеновских трубках и электронных лампах он имеет такую конструкцию, когда полностью поглощает все электроны. В электронно-лучевых трубках аноды являются элементами электронной пушки, которые поглощают только часть летящих электронов, формируя при этом электронный луч после себя. В полупроводниковых приборах электроды, которые подключаются к положительному источнику тока, когда прибор открыт, то есть он имеет небольшое сопротивление, называют анодом, а тот, что подключен к отрицательному полюсу, соответственно, – катодом.
В специальной литературе часто можно встретить самое разное обозначение знака анода: «+» или «-». Это определяется особенностями рассматриваемых процессов. К примеру, в электрохимии считают, что катод – это электрод, на котором протекает процесс восстановления, а анод – это электрод, на котором протекает процесс окисления. При активной работе электролизера внешний источник тока обеспечивает на одном электроде избыток электронов и здесь происходит восстановление металла. Этот электрод является катодом. А на другом электроде, в свою очередь, обеспечивается недостаток электронов и происходит окисление металла, и его называют анодом.
При работе гальванического элемента, на одном из электродов избыток электронов обеспечивается уже не внешним источником тока, а именно реакцией окисления металла, то есть здесь отрицательным будет уже анод. Электроны, которые проходят через внешнюю цепь, будут расходоваться на протекание реакции восстановления, то есть катодом можно назвать положительный электрод.
Исходя из такого толкования, для аккумулятора аноды и катоды меняются местами в зависимости от того, как направлен ток внутри аккумулятора. В электротехнике анодом называют положительный электрод. Так электрический ток течет от анода к катоду, а электроны – наоборот.
oxi-pro.ru
Катод и анод – это две составляющие одного процесса: протекания электрического тока. Все материалы можно разделить на два типа – это проводники, в структуре которых большой избыток свободных электронов, и диэлектрики (в них свободных электронов практически нет).
Электрический ток – это упорядоченное перемещение заряженных элементарных частиц в структуре вещества под воздействием электромагнитного напряжения. Если приложить к проводнику постоянное напряжение, то свободные электроны, имеющие отрицательный заряд, начнут упорядоченно двигаться в сторону анода (положительно заряженного электрода) от катода (отрицательно заряженного электрода). Ток же, соответственно, будет течь в обратном направлении. А катод и анод – это два электрода, между которыми образовался перепад (разница) электромагнитного напряжения.Проводники и диэлектрики могут быть твердыми, жидкими и газообразными веществами. Это для протекания электрического тока совсем не принципиально. При длительном приложении электромагнитного напряжении к материалу на катоде будет образовываться избыток электронов, а на аноде – его недостача. Если напряжение прилагается достаточно долго, то из структуры материала, из которого сделан анод, будут вырываться связанные электроны вместе с атомами, а сам материал начнет вступать в химическую реакцию с химически активными веществами из окружающей среды. Такой процесс носит название электролиза.
Катод и анод в электрохимии являются двумя полюсами приложенного к солевым растворам или расплавам постоянного электромагнитного напряжения. При возникновении тока от избытка электронов анод начинает разрушаться, т.е. сами положительно заряженные атомы вещества будут попадать в соляной раствор (окружающую среду) и переноситься на катод, где оседать в очищенном виде. Этот процесс носит название гальванического. С помощью гальваники покрывают тонким слоем цинка, меди, золота, серебра и других металлов различные изделия.
Что такое катод и каковы задачи, которые он выполняет в электролизе? Это можно понять при выполнении следующих действий: если сделать анод из бронзы или олова, то на катоде получится печатная плата, покрытая тонким слоем меди или олова (используется в радиоэлектронной промышленности). Этим же способом получают позолоченные ювелирные украшения, омедненные и даже позолоченные алюминиевые наконечники для электротехники в целях повышения электропроводности.
Ответы на вопросы о том, что такое анод и катод, при электролизе очевидны: анод в результате протекания постоянного тока через соляной раствор разрушается, а катод принимает на себя анодный материал. Даже термин такой возник в среде гальваников – «анодирование катода». Физического смысла он не несет, но фактическую суть вопроса отображает прекрасно.
Полупроводники представляют собой материалы, которые в структуре не имеют свободных электронов, а атомные держатся на своих местах плохо. Если такой материал в жидком или газообразном состоянии поместить в магнитное поле, а затем дать ему затвердеть, то получится электрически структурированный полупроводник, который будет пропускать ток только в одну сторону.
Из этого материала, используя вышеназванное свойство, делают диоды. Они бывают двух видов:а) с «p-n-p» проводимостью;
б) с «n-p-n» проводимостью.
На практике эта тонкость структуры диодов значения не имеет. Важно правильно подключить в электрическую схему диод. Где анод, где катод – вопрос, которым многие озадачены. На диоде есть специальные обозначения: или А и К, или + и –. Можно подключить диод только двумя способами к электрической схеме постоянного тока. В одном случае исправный диод будет проводить ток, а в другом – не будет. Поэтому необходимо взять прибор, на котором заведомо известно, где катод, а где анод, и подключить его к диоду. Если устройство покажет наличие тока, то диод подключен правильно. Значит, катод прибора и катод диода, а также анод прибора и анод диода совпали. В противном случае нужно поменять соединения местами.
1. Если диод не пропускает ток в обе стороны, то он перегоревший, ремонту не подлежит.
2. Если наоборот, пропускает, то он пробитый. Его необходимо выбросить.
Проверяются диоды тестерами и пробниками. В диодах катод и анод жестко привязаны к их материальному исполнению в отличие от гальванических источников питания (аккумуляторов, батареек и т. п.).
Катодом в полупроводниковых элементах (диодах) электрической схемы является электрод (ножка), из которого выходит положительный (+) потенциал. Через схему он связан с отрицательным потенциалом источника питания. Значит, ток непосредственно в полупроводнике диода протекает по направлению от анода к катоду. На электрических схемах этот процесс символически так и обозначается.Если диод одной ножкой (электродом) подключить к переменному напряжению, то на втором электроде мы получим положительную или отрицательную полусинусоиду. Если соединить два диода в мост, то будем наблюдать выпрямленный электрический практически постоянный ток.
Катод и анод в этих изделиях меняются местами в зависимости от направления протекания электрического тока, потому что в одном случае к ним напряжение не приходит, а они сами за счет химической реакции служат источниками постоянного тока. Тут отрицательным электродом уже будет анод, а положительным – катод. В другом же случае в аккумуляторе происходит обычный процесс электролиза.
Когда аккумулятор разрядился и химическая реакция, которая служила источником электрического тока, прекратилась, его необходимо зарядить с помощью внешнего источника питания. Таким образом, мы запускаем процесс электролиза, т.е. восстановления первоначальных свойств гальванической батареи. На катод аккумулятора необходимо приложить уже отрицательный заряд, а на анод – положительный, тогда батарея будет заряжаться.
Таким образом, ответ на вопрос о том, как определить катод и анод в гальваническом элементе, зависит от того, заряжается он или служит источником питания электрическим током.
Как суммирование всего вышесказанного, катод – это электрод, на котором появляется избыток электронов, а анод – это электрод, на котором появляется недостача электронов. Но плюс или минус на конкретном электроде элемента электрической схемы определяется направлением протекания электрического тока.
fb.ru
Составьте схему гальванического элемента, напишите электронные уравнения электродных процессов и суммарное уравнение соответствующей окислительно-восстановительной реакции. Вычислите концентрацию раствора электролита или ЭДС.
Номер задачи | Ме-талл 1-го элек-трода | Электролит 1-го электрода | Концентрация электролита 1-го электрода, моль/л | Ме-талл 2-го элек-трода | Электролит 2-го электрода | Концентрация электролита 2-го электрода, моль/л | ЭДС, В |
157 | Hg | HgCl2 | 0,01 | Al | AlCl3 | 1,00 | ? |
Гальванический элемент — это электрохимическая система, в которой энергия окислительно-восстановительной реакции трансформируется в электрическую энергию, т.е. такая система служит в качестве химического источника тока.
Анодный процесс заключается в окислении металла, характеризующегося более отрицательной величиной электродного потенциала Е0, в катодном процессе участвует частица-окислитель, присутствующая в катодном электролите.
Для металлов, приведенных в условии задачи:
Электрод | |
Al3+, Аl | -1,662 |
Нg2+, Нg | +0,854 |
Более отрицательной величиной электродного потенциала характеризуется металл Аl, поэтому именно он и будет участником анодного процесса.
Металл анода окисляется, что можно представить в виде электронного уравнения вида:
Ме0 — m e— = Mem+
Для данного металла:
Аl 0 — 3 e— = Аl 3+
Катодный процесс заключается в восстановлении катионов металла, входящих в состав соли – электролита катода.
Соответствующее электронное уравнение имеет вид:
Men+ + n e— = Me0
Для системы, описанной в условии задачи:
Нg2+ + 2e— = Нg 0
Электрохимическая схема — это условная запись, в которой представлена информация о аноде и катоде с указанием металлов, состава электролитов, а также особенностях конструкции данного
гальванического элемента:
(с более .. (с менее
отриц.Е0) отриц.Е0)
Для рассматриваемого в задаче гальванического элемента электрохимическая схема имеет вид:
Аl | AlCl3 || HgCl2| Нg
а н о д к а т о д
Чтобы вычислить ЭДС гальванического элемента, необходимо найти разность потенциалов катода и анода:
ЭДС = Е катода — Е анода
Каждый из указанных потенциалов можно вычислить по формуле Нернста:
где Е0 – стандартный электродный потенциал металла анода или катода, n — число электронов, отдаваемых восстановителем или принимаемых окислителем, С — концентрация электролита, моль/л.
Следовательно, ЭДС гальванического элемента может быть представлена следующей формулой:
ЭДС = (Емет. катода + lg Cэл-та катода) – (Емет. анода + lgCэл-та анода)
Подставляем численные данные условия задачи и производим необходимые вычисления:
Емет. катода = 0.854 В
Cэл-та катода = 1 моль/л
lg Cэл-та катода = 0
n =2 для катодного процесса)
Емет. анода = -1.662 В
Cэл-та анода = 0.01 моль/л
lgCэл-та анода = …….….
n = 3(для анодного процесса)
ЭДС = (0.854+ 0) – (-1.662 + -2)
ЭДС = 2.549
studfiles.net
Зависит от того, где они находятся. В электролизной ванне — это одно, в радиолампе — совсем другое. Например, в радиолампах катод делается из тугоплавкого металла и покрывается слоем оксида редкоземельных металлов с низкой работой выхода. А в мощных лампах усилителей теле и радиопередатчиков анод делают из графита. В автомобильном аккумуляторе анод и катод сделаны из свинца. Намёк понятен?
из любого проводника не обязательно металл
Из любого проводника, минус-будит катод, плюс- будит анод.
Смотря где, катод и анод это общее название электродов, они могут быть и в электронных лампах ( обычно сплавы с использованием тугоплавких металлов никель молибден вольфрам и тд) , и в электролизных ваннах ( там могут использоваться и угольные электроды).
И катод и анод-металлические, вот материаллы различные. В радиолампах-одно, в сварочном-другое, в дуговых прожекторах-третье и т. д.
При такой формулировке вопроса — нет однозначного ответа. Другое дело, если, похоже, вопрос касается материалов, из которых изготавливаются анод и катод электровакуумных приборов — ламп (диод, триод, тетрод и т. д. ) Тут от материала зависит надежность и долговечность прибора, это таки-да важно. Для этого случая: Простейший катод электронной лампы представляет собой нить (или тонкую узкую ленточку) из тугоплавкого материала (например вольфрама) . Нить может быть прямой или изогнутой в виде буквы Л или М; встречаются нити и с большим числом изгибов. Через нить-катод пропускается электрический ток, который нагревает его. Из вылетевших с поверхности катода электронов вокруг катода образуется «электронное облачко» , которое носит название пространственного заряда. Поверхности катодов большинства электронных ламп покрываются окислами (оксидами) щелочноземельных металлов (бария, стронция и кальция) . Такие катоды носят название оксидных. Оксидные покрытия повышают эффективность излучения электронов с поверхности катода. <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/9442a5f7783c1b2fa15a37f7df607273_i-42.jpg» > Рис. Устройство катодов. а — простейший катод прямого накала; б — катод прямого накала зигзагообразной формы (1 — крепежные стойки; 2 — нить накала; 3 — амортизационные пружины; 4 — слюдяной или керамический изолятор) ; в — подогревный катод (1 — металлическая трубочка; 2 — жароупорное покрытие; 3 — нить накала; 4 — оксидный слой) . Слово анод означает электрод, имеющий положительный заряд. Когда напряжение на нем положительно по отношению к катоду, анод притягивает к себе электроны. Он имеет вид цилиндра, окружающего катод, или другую форму . Изготавливается анод из тугоплавкого металла. <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/9442a5f7783c1b2fa15a37f7df607273_i-43.jpg» > Рис. Аноды и сетки а — цилиндрический анод; б — плоский анод; в, г — сетки для ламп с цилиндрическими анодами; д, е — сетки для ламп с плоскими анодами. В зависимости от типа и назначения лампы аноды выполняются из углеродистой стали, вольфрама, графит (ГУ-81). Кстати, эта лампа, в отличие от более современных, практически «вечная» — «спалить» ее можно, только очень постаравшись. Катод прямого накала из вольфрама, анод графитовый. http*://*radiobooka.*ru/*lampov_teh/196-osnovnye-chasti-yelektronnoj-lampy.html (убрать звездочки)
Какие металлы используются для улавливания ионов водорода и гидроксилов?
touch.otvet.mail.ru