多くの場合、どの電極がカソードで、どちらがアノードであるかを判断する際に問題が発生します。まず、用語を理解する必要があります。
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カソードとアノードの概念-簡単な説明
複雑な物質では、電子は化合物の原子間で不均一に分布します。相互作用の結果として、粒子はある物質の原子から別の物質の原子に移動します。この反応はレドックスと呼ばれます。電子の喪失は酸化と呼ばれ、電子を提供する元素は還元剤と呼ばれます。
電子の追加は還元と呼ばれ、このプロセスの受信要素は酸化剤です。還元剤から酸化剤への電子の移動は、外部回路を介して進行し、電気エネルギー源として使用できます。化学反応のエネルギーが電気エネルギーに変換されるデバイスは、ガルバニ電池と呼ばれます。
ガルバニ電池の最も単純な古典的な例は、異なる金属でできており、電解液に浸された2枚のプレートです。このようなシステムでは、酸化は1つの金属で発生し、還元は別の金属で発生します。
重要！ 酸化が起こる電極はアノードと呼ばれます。還元が行われる電極はカソードです。
学校の化学の教科書から、亜鉛と硫酸銅の間の反応のエネルギーのために機能する銅-亜鉛ガルバニ電池の例が知られています。 Jacobi-Danielデバイスでは、銅板を硫酸銅溶液（銅電極）に入れ、亜鉛板を硫酸亜鉛溶液（亜鉛電極）に浸します。亜鉛電極は溶液に陽イオンを放出し、その中に過剰な正電荷を生成します。銅電極では、溶液は陽イオンが枯渇します。ここでは、溶液は負に帯電しています。
外部回路を閉じると、電子が亜鉛電極から銅電極に流れます。相境界での平衡関係が中断されます。酸化還元反応が起こります。
自発的な化学反応のエネルギーは電気エネルギーに変換されます。
電流の外部エネルギーによって化学反応が引き起こされると、電気分解と呼ばれるプロセスが発生します。電気分解中に発生するプロセスは、ガルバニ電池の動作中に発生するプロセスの逆です。
注意！ 還元が起こる電極は陰極とも呼ばれますが、電気分解では負に帯電し、陽極は正に帯電します。
電気化学への応用
アノードとカソードは多くの化学反応に関与しています。
- 電解;
- 電気抽出;
- 電気めっき;
- エレクトロタイプ。
金属は溶融化合物と水溶液の電気分解によって得られ、金属は不純物から精製され、貴重な成分が抽出されます（電解精製）。プレートは、洗浄する金属から鋳造されます。それらは電解槽の陽極として配置されます。電流の影響下で、金属は溶解します。その陽イオンは溶液になり、陰極で放出され、純金属の堆積物を形成します。元の未洗浄の金属板に含まれる不純物は、アノードスラッジとして不溶性のままであるか、電解液に送られ、そこで除去されます。銅、ニッケル、鉛、金、銀、スズは電解精製されます。
電気抽出は、電気分解中に溶液から金属を分離するプロセスです。金属を溶かすために、特別な試薬で処理されます。その過程で、陰極に高純度の金属が析出します。このようにして亜鉛、銅、カドミウムが得られます。
腐食を防ぎ、強度を与え、製品を装飾するために、ある金属の表面は別の金属の層で覆われています。このプロセスは電気めっきと呼ばれます。
電気めっきは、金属電着によってバルクオブジェクトから金属コピーを取得するプロセスです。
真空電子機器への応用
真空装置の陰極と陽極の動作原理は、電子ランプで実証できます。それは、内部に金属部品が入った密閉容器のように見えます。このデバイスは、電気信号を整流、生成、変換するために使用されます。電極の数に応じて、次のようになります。
- ダイオード;
- 三極真空管;
- 四重管;
- 五極管など
ダイオードは、カソードとアノードの2つの電極を備えた真空デバイスです。陰極は電源の負極に接続され、陽極は正極に接続されています。陰極の目的は、電流によって特定の温度に加熱されたときに電子を放出することです。放出された電子は、カソードとアノードの間に空間電荷を生成します。最速の電子がアノードに突入し、空間電荷の負のポテンシャル障壁を克服します。アノードはこれらの粒子を受け取ります。アノード電流は外部回路で生成されます。電子の流れは、電極に電位を印加することにより、追加の電極によって制御されます。ダイオードにより、交流は直流に変換されます。
エレクトロニクスへの応用
現在、半導体タイプのダイオードが使用されています。
エレクトロニクスでは、ダイオードが順方向に電流を流し、逆方向に電流を流さないという特性が広く使われています。
LEDの動作は、電流がp-n接合を順方向に流れるときに発光する半導体結晶の特性に基づいています。
ガルバニック直流電源-バッテリー
可逆反応が起こる化学電流源はバッテリーと呼ばれ、充電されて繰り返し使用されます。
鉛蓄電池の動作中に、酸化還元反応が発生します。金属鉛は酸化し、その電子を提供し、電子を受け入れる二酸化鉛を還元します。バッテリーの鉛金属はアノードであり、負に帯電しています。二酸化鉛は陰極であり、正に帯電しています。
バッテリーが放電すると、カソードとアノードの物質とそれらの電解質である硫酸が消費されます。バッテリーを充電するには、電流源に接続します（プラスからプラス、マイナスからマイナス）。電流の方向は、バッテリーが放電されたときとは逆になります。電極の電気化学的プロセスは「逆転」します。これで、鉛電極が陰極になり、還元プロセスが行われ、二酸化鉛が陽極になり、酸化手順が実行されます。バッテリーは、その動作に必要な物質を再現します。
なぜ混乱があるのですか？
この問題は、特定の電荷記号をアノードまたはカソードにしっかりと取り付けることができないという事実から生じます。多くの場合、陰極は正に帯電した電極であり、陽極は負の電極です。多くの場合、ただし常にではありません。それはすべて、電極上で行われるプロセスに依存します。
注意！ 電解液に配置される部品は、アノードとカソードの両方にすることができます。それはすべてプロセスの目的に依存します：あなたはそれに別の金属の層を置くか、それを取り除く必要があります。
アノードとカソードを識別する方法
電気化学では、アノードは酸化プロセスが発生する電極であり、カソードは還元が発生する電極です。
ダイオードでは、タップはアノードとカソードと呼ばれます。アノードタップが「プラス」、「カソード」タップ、つまり「マイナス」に接続されている場合、電流はダイオードを流れます。
接点が切断されていない新しいLEDの場合、アノードとカソードは長さによって視覚的に決定されます。陰極は短いです。
接点が切断されている場合は、それらに接続されているバッテリーが役立ちます。極性が一致すると光が現れます。
アノードとカソードのサイン
電気化学では、電極の電荷の兆候についてではなく、電極で進行しているプロセスについて話す方が正しいです。還元反応は陰極で起こり、酸化反応は陽極で起こります。
電気工学では、電流の流れのために、陰極は電流源の負極に接続され、陽極は正極に接続されます。
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