Souvent, il y a un problème pour déterminer laquelle des électrodes est la cathode et laquelle est l'anode. Vous devez d'abord comprendre les termes.
Le concept de cathode et d'anode - une explication simple
Dans les substances complexes, les électrons sont répartis de manière inégale entre les atomes des composés. À la suite de l'interaction, les particules se déplacent d'un atome d'une substance à un atome d'une autre. La réaction est appelée redox. La perte d'électrons est appelée oxydation et l'élément qui donne des électrons est appelé agent réducteur.
L'addition d'électrons est appelée réduction, l'élément récepteur dans ce processus est l'agent oxydant. Le transfert d'électrons de l'agent réducteur à l'agent oxydant peut passer par un circuit externe, puis il peut être utilisé comme source d'énergie électrique.Les dispositifs dans lesquels l'énergie d'une réaction chimique est convertie en énergie électrique sont appelés cellules galvaniques.
L'exemple classique le plus simple d'une cellule galvanique est constitué de deux plaques constituées de métaux différents et immergées dans une solution d'électrolyte. Dans un tel système, l'oxydation se produit sur un métal et la réduction se produit sur un autre.
IMPORTANT! L'électrode au niveau de laquelle l'oxydation se produit s'appelle l'anode. L'électrode sur laquelle la réduction a lieu est la cathode.
D'après les manuels scolaires de chimie, on connaît un exemple de cellule galvanique cuivre-zinc, qui fonctionne grâce à l'énergie de la réaction entre le zinc et le sulfate de cuivre. Dans le dispositif Jacobi-Daniel, une plaque de cuivre est placée dans une solution de sulfate de cuivre (électrode de cuivre), une plaque de zinc est immergée dans une solution de sulfate de zinc (électrode de zinc). L'électrode de zinc dégage des cations dans la solution, créant une charge positive excessive dans celle-ci, et à l'électrode de cuivre, la solution est appauvrie en cations, ici la solution est chargée négativement.
La fermeture du circuit externe fait circuler les électrons de l'électrode de zinc vers l'électrode de cuivre. Les relations d'équilibre aux frontières des phases sont interrompues. Une réaction d'oxydoréduction se produit.
L'énergie d'une réaction chimique spontanée est convertie en énergie électrique.
Si une réaction chimique est provoquée par l'énergie externe d'un courant électrique, un processus appelé électrolyse a lieu. Les processus se produisant lors de l'électrolyse sont l'inverse des processus se produisant lors du fonctionnement d'une cellule galvanique.
ATTENTION! L'électrode où se produit la réduction est également appelée cathode, mais dans l'électrolyse, elle est chargée négativement, tandis que l'anode est chargée positivement.
Application en électrochimie
Anodes et cathodes participent à de nombreuses réactions chimiques :
- Électrolyse;
- Électroextraction ;
- galvanoplastie;
- Galvanotype.
Les métaux sont obtenus par électrolyse de composés fondus et de solutions aqueuses, les métaux sont purifiés des impuretés et les composants précieux sont extraits (raffinage électrolytique). Les plaques sont coulées à partir du métal à nettoyer. Ils sont placés comme anodes dans l'électrolyseur. Sous l'influence d'un courant électrique, le métal subit une dissolution. Ses cations passent en solution et sont déchargés à la cathode, formant un dépôt de métal pur. Les impuretés contenues dans la plaque métallique d'origine non nettoyée restent insolubles sous forme de boues d'anode ou passent dans l'électrolyte où elles sont éliminées. Le cuivre, le nickel, le plomb, l'or, l'argent, l'étain sont soumis à un affinage électrolytique.
L'électroextraction est le processus de séparation d'un métal d'une solution pendant l'électrolyse. Pour que le métal passe en solution, il est traité avec des réactifs spéciaux. Au cours du processus, un métal de haute pureté est précipité à la cathode. C'est ainsi que l'on obtient le zinc, le cuivre, le cadmium.
Pour éviter la corrosion, donner de la force, décorer le produit, la surface d'un métal est recouverte d'une couche d'un autre. Ce processus est appelé galvanoplastie.
La galvanoplastie est le processus d'obtention de copies métalliques à partir d'objets en vrac par électrodéposition de métal.
Application dans les appareils électroniques sous vide
Le principe de fonctionnement de la cathode et de l'anode dans un dispositif à vide peut être démontré par une lampe à électrons.Il ressemble à un récipient hermétiquement fermé avec des pièces métalliques à l'intérieur. L'appareil est utilisé pour redresser, générer et convertir des signaux électriques. Selon le nombre d'électrodes, il y a :
- diodes;
- triode;
- tétrodes;
- pentodes, etc.
Une diode est un dispositif à vide avec deux électrodes, une cathode et une anode. La cathode est connectée au pôle négatif de la source d'alimentation, l'anode - au positif. Le but de la cathode est d'émettre des électrons lorsqu'elle est chauffée par un courant électrique à une certaine température. Les électrons émis créent une charge d'espace entre la cathode et l'anode. Les électrons les plus rapides se précipitent vers l'anode, surmontant la barrière de potentiel négative de la charge d'espace. L'anode reçoit ces particules. Un courant d'anode est créé dans le circuit externe. Le flux électronique est contrôlé par des électrodes supplémentaires en leur appliquant un potentiel électrique. Au moyen de diodes, le courant alternatif est converti en courant continu.
Application en électronique
Aujourd'hui, des types de diodes à semi-conducteurs sont utilisés.
En électronique, la propriété des diodes de faire passer le courant dans le sens direct et de ne pas le faire passer dans le sens opposé est largement utilisée.
Le fonctionnement de la LED est basé sur la propriété des cristaux semi-conducteurs de briller lorsqu'un courant traverse la jonction p-n dans le sens direct.
Sources galvaniques de courant continu - batteries
Les sources chimiques de courant électrique dans lesquelles se produisent des réactions réversibles sont appelées batteries : elles sont rechargées et utilisées à plusieurs reprises.
Lors du fonctionnement d'une batterie au plomb, une réaction redox se produit.Le plomb métallique s'oxyde, donne ses électrons, réduisant le dioxyde de plomb, qui accepte les électrons. Le plomb métallique dans une batterie est l'anode et est chargé négativement. Le dioxyde de plomb est une cathode et est chargé positivement.
Au fur et à mesure que la batterie se décharge, les substances de la cathode et de l'anode et leur électrolyte, l'acide sulfurique, sont consommées. Pour charger la batterie, celle-ci est connectée à une source de courant (plus vers plus, moins vers moins). La direction du courant est maintenant l'inverse de ce qu'elle était lorsque la batterie a été déchargée. Les processus électrochimiques sur les électrodes sont "inversés". Maintenant, l'électrode de plomb devient la cathode, le processus de réduction s'y déroule et le dioxyde de plomb devient l'anode, la procédure d'oxydation ayant lieu. La batterie recrée les substances nécessaires à son fonctionnement.
Pourquoi y a-t-il confusion ?
Le problème provient du fait qu'un certain signe de charge ne peut pas être solidement fixé à l'anode ou à la cathode. Souvent, la cathode est une électrode chargée positivement et l'anode est une électrode négative. Souvent, mais pas toujours. Tout dépend du processus qui se déroule sur l'électrode.
ATTENTION! La partie placée dans l'électrolyte peut être à la fois l'anode et la cathode. Tout dépend du but du processus: vous devez mettre une autre couche de métal dessus ou l'enlever.
Comment identifier l'anode et la cathode
En électrochimie, l'anode est l'électrode au niveau de laquelle les processus d'oxydation ont lieu, la cathode est l'électrode où se produit la réduction.
Dans une diode, les prises sont appelées une anode et une cathode. Le courant traversera la diode si la prise d'anode est connectée au "plus", la prise "cathode" - au "moins".
Pour une nouvelle LED avec des contacts non coupés, l'anode et la cathode sont déterminées visuellement par la longueur. La cathode est plus courte.
Si les contacts sont coupés, une batterie attachée à eux aidera. La lumière apparaîtra lorsque les polarités correspondent.
Signe d'anode et de cathode
En électrochimie, il est plus correct de ne pas parler des signes des charges des électrodes, mais des processus qui s'y déroulent. La réaction de réduction a lieu à la cathode et la réaction d'oxydation a lieu à l'anode.
En électrotechnique, pour la circulation du courant, la cathode est reliée au pôle négatif de la source de courant, l'anode au positif.
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