Anoda to elektroda, w której zachodzi reakcja utleniania

\ begin {align} \ ce {Red -> Ox + e -} \ end {align}

katoda jest elektrodą, w której zachodzi reakcja redukcji

\ begin {align} \ ce {Ox + e- -> Red} \ end {align}

. Tak definiuje się katodę i anodę.

Ogniwo galwaniczne

Teraz, w ogniwie galwanicznym, reakcja przebiega bez zewnętrznego potencjału. Ponieważ na anodzie zachodzi reakcja utleniania, w wyniku której powstają elektrony, w trakcie reakcji dochodzi do nagromadzenia ładunku ujemnego, aż do osiągnięcia równowagi elektrochemicznej. Zatem anoda jest ujemna.

Z drugiej strony na katodzie zachodzi reakcja redukcji, która zużywa elektrony (pozostawiając jony dodatnie (metalu) na elektrodzie), a tym samym prowadzi do nagromadzenia dodatniego ładunku w trakcie reakcji, aż do osiągnięcia równowagi elektrochemicznej. Zatem katoda jest dodatnia.

Ogniwo elektrolityczne

W ogniwie elektrolitycznym przykłada się zewnętrzny potencjał, aby wymusić reakcję w przeciwnym kierunku. Teraz rozumowanie jest odwrotne. Na elektrodzie ujemnej, gdzie wytworzyłeś wysoki potencjał elektronowy za pośrednictwem zewnętrznego źródła napięcia, elektrony są „wypychane” z elektrody, zmniejszając w ten sposób utlenione formy $ \ ce {Ox} $, ponieważ poziom energii elektronów wewnątrz elektrody ( Level) jest wyższy niż poziom energii LUMO $ \ ce {Ox} $, a elektrony mogą obniżyć swoją energię, zajmując ten orbital - można powiedzieć, że mamy bardzo reaktywne elektrony. Zatem elektroda ujemna będzie tą, w której zajdzie reakcja redukcji, a zatem jest to katoda.

Na elektrodzie dodatniej, gdzie wytworzyłeś niski potencjał elektronowy za pośrednictwem zewnętrznego źródła napięcia, elektrony są „zassane” przez elektrodę, pozostawiając za sobą zredukowaną substancję $ \ ce {Red} $, ponieważ poziom energii elektronów wewnątrz elektrody ( Fermi Level) jest niższy niż poziom energii HOMO $ \ ce {Red} $. Więc elektroda dodatnia będzie tą, w której zajdzie reakcja utleniania, a więc jest anodą.

Opowieść o elektronach i wodospadach

jest pewne zamieszanie dotyczące zasad, na których działa elektroliza, spróbuję to wyjaśnić za pomocą metafory. Elektrony przepływają z obszaru o wysokim potencjale do obszaru o niskim potencjale, podobnie jak woda spada w dół wodospadu lub spływa po pochyłej płaszczyźnie. Powód jest ten sam: woda i elektrony mogą w ten sposób obniżyć swoją energię. Teraz zewnętrzne źródło napięcia działa jak dwie duże rzeki połączone z wodospadami: jedna na dużej wysokości, która prowadzi w kierunku wodospadu - to byłby biegun ujemny - i druga na małej wysokości, która prowadzi z dala od wodospadu - to byłby plus Polak. Elektrody byłyby jak punkty rzeki tuż przed lub za wodospadami na tym obrazku: katoda jest jak krawędź wodospadu, gdzie woda spada, a anoda jest jak punkt, do którego woda spada.

Ok, co dzieje się podczas reakcji elektrolizy? Na katodzie sytuacja na dużej wysokości. Więc elektrony płyną do „krawędzi swojego wodospadu”. Chcą „spaść”, bo za nimi rzeka pcha w stronę brzegu wywierając swego rodzaju „ciśnienie”. Ale gdzie mogą spaść? Druga elektroda jest oddzielona od nich roztworem i zwykle membraną. Ale są cząsteczki $ \ ce {Ox} $, które mają stany puste, które energetycznie leżą poniżej elektrody. Te puste stany są jak małe stawy leżące na niższej wysokości, do których może wpaść trochę wody z rzeki. Więc za każdym razem, gdy taka cząsteczka $ \ ce {Ox} $ zbliża się do elektrody, elektron korzysta z okazji, aby do niej przeskoczyć i zredukować ją do $ \ ce {Red} $. Nie oznacza to jednak, że elektrodzie nagle brakuje elektronu, ponieważ rzeka natychmiast zastępuje „wypchnięty” elektron. A źródło napięcia (źródło rzeki) nie może wyschnąć od elektronów, ponieważ pobiera je z gniazdka elektrycznego.

A teraz anoda: Na anodzie mamy sytuację na małej wysokości. Więc tutaj rzeka leży niżej niż wszystko inne. Teraz możesz sobie wyobrazić stany HOMO cząsteczek $ \ ce {Red} $ jako małe jeziora zaporowe leżące na większej wysokości niż nasza rzeka. Kiedy cząsteczka $ \ ce {Red} $ zbliża się do elektrody, to tak, jakby ktoś otwierał śluzy zapory jeziora zaporowego. Elektrony przepływają z HOMO do elektrody, tworząc w ten sposób cząsteczkę $ \ ce {Ox} $. Ale elektrony nie pozostają w elektrodzie, że tak powiem, są unoszone przez rzekę. A ponieważ rzeka jest tak ogromnym bytem (dużo wody) i zwykle wpada do oceanu, dodana do niej niewielka „woda” nie zmienia rzeki zbytnio. Pozostaje taki sam, niezmieniony, więc za każdym razem, gdy śluza zostanie otwarta, woda z jeziora zaporowego spadnie na tę samą odległość.

Elektroda, na której zachodzi utlenianie, nazywana jest anodą, natomiast elektroda, na której następuje redukcja, nazywana jest katodą.

  Redukcja -> katoda Utlenianie -> anoda  

Jeśli zauważysz, że redukcja ogniwa galwanicznego ma miejsce na lewej elektrodzie, więc lewa jest katodą. Utlenianie zachodzi na prawej elektrodzie, więc właściwa to anoda.

Podczas gdy w elektrolizerze redukcja odbywa się na prawej elektrodzie, więc właściwa jest katodą. Utlenianie zachodzi na lewej elektrodzie, więc lewa to anoda.

Nie jestem ekspertem ani uczonym, ale z tego, co czytam we wszystkich tych wyjaśnieniach i z tego, co zauważam na ilustracji, staje się oczywiste ... przynajmniej dla mnie ... co moim zdaniem może wyjaśnić zmiana biegunowości między ogniwem galwanicznym a elektrolitycznym dla tego użytkownika.

Jak ustalono i zrozumiano, źródło elektronów i transfer jonów wypływa z bieguna ujemnego (anoda) i jest odbierane przez biegun dodatni ( Katoda) (celowo używając najbardziej podstawowych terminów) anoda jest tutaj ujemna, ponieważ przepływ pochodzi z elektrolitu do żarówki, dla której, gdyby końcówki żarówki były oznaczone, pasowałyby do elektrolitu w drugim ogniwie jako jest to siła pochodząca z żarówki, popychająca przepływ do katody ogniwa, a katoda ogniwa jest ciągnięta z żarówki.

W ogniwie elektrolitycznym rolę żarówki pełni „elektrolit” ogniwa galwanicznego, ponieważ elektrony są WYSYŁANE DO niego ze źródła zasilania, a nie jest samo w sobie ŹRÓDŁO przepływu, ale PODLEGA SIŁIE ze źródła przepływu.

TAK, jak anoda ogniwa galwanicznego wysyła do żarówki, a elektrolit jest oznaczony jako obciążenie ogniwa galwanicznego i przenosi jego ujemną siłę ze źródła prądu, co przepycha elektrolit jak przepływ Z żarówki.

Może być łatwiej, jeśli zauważysz, że ŹRÓDŁEM zasilania NIE jest elektrolit i technicznie rzecz biorąc, czarny zacisk zasilacza jest PRAWDZIWĄ anodą (wysyłanie) i strona czerwona to PRAWDZIWA Katoda (Odbierająca), ale identyfikując substancję reaktywną zanurzoną / otoczoną substancją elektrolityczną, anoda oddaje jony, które następnie dodają się do katody, która je przyjmuje.

Dlatego tagi w ogniwie elektrolitycznym nie nazywają „źródła przepływu”, ale reakcję zaangażowanych substancji ze względu na siłę / przepływ wywierany na nie przez źródło zasilania, ale nie są one źródłem energii, i dlatego nie powinien być oznaczany jako jeden ... i są tylko dwie możliwości ich oznaczenia, a ponieważ nie można go zmienić na źródle prądu, można go zmienić tylko w miejscu kontaktu z elektrolitem!

Przynajmniej to właśnie zrozumiałem, przeglądając komentarze i ilustracje.

Mam szczerą nadzieję, że pomoże to wyjaśnić powody cofnięcia etykiet dla tego użytkownika i innych zmagając się z koncepcją bycia spowodowanym przez źródło prądu, które musi być oznaczone jako - Anoda i + Katoda ... zmuszając obiekt, na którym gra prąd, aby był przeciwny pomimo ich biegunów i ze względu na kierunek przepływu.

Mam na myśli tę odpowiedź jako uzupełnienie wcześniejszych odpowiedzi.

Jak już wspomniano, w anodzie zawsze będziesz mieć reakcję utleniania $ \ mathrm {\; Czerwony \; \ longrightarrow \; Ox + e ^ -} $ , podczas gdy w katodzie zaobserwujesz reakcję redukcji $ \ mathrm {\; Red \; + e ^ - \ longrightarrow \; Ox} $ .

Reakcje redukcji i utleniania są zawsze sprzężone, więc jedna elektroda działa jako źródło elektronów, a druga jako zlew. W ogniwie galwanicznym cała reakcja jest spontaniczna, a prąd przepływa od anody do katody. Z drugiej strony w ogniwie elektrolitycznym reakcję kierujemy w sposób niespontaniczny, stosując zewnętrzny potencjał (na przykład za pomocą zasilacza).

Myślę, że ten obraz powinien wyjaśnić operację obu rodzajów komórek, procesy zachodzące na każdej elektrodzie i konwencja znaków.

Chociaż ilustruje to określoną reakcję, możesz uogólnić to na inne systemy.

Źródło obrazu to Elektroliza I w Chemistry.LibreTexts.

(+) i (-) odnoszą się do przepływu elektronów w zasilaczu. W ogniwie galwanicznym (woltaicznym) samo ogniwo jest źródłem zasilania. W ogniwie elektrolitycznym ogniwo jest podłączone do zewnętrznego źródła zasilania. Tak więc, podczas gdy oznaczenie anody i katody jest bezpośrednio związane z kierunkiem przepływu elektronów w ogniwie, to jak (+) i (-) odnoszą się do anody i katody zależy od tego, czy reakcja zmierza w kierunku równowagi, czy nie (w przypadku akumulatorów, niezależnie od tego, czy są one rozładowywane, czy ładowane). W zależności od kierunku reakcji, etykiety anodowe i katodowe zmieniają się, podczas gdy (+) i (-) pozostają takie same.

Przykład to ilustruje. Oto dwa akumulatory kwasowo-ołowiowe połączone w pewien sposób gdzie naładowany ładuje pusty:

Etykieta (+) i (-) odnosi się do kierunku, w którym płynęłyby elektrony, gdyby rozładowują się (oczywiście rozładowana bateria nie może się dalej rozładowywać, więc eksperymentalnie nie można było tego stwierdzić). Etykiety anody i katody odnoszą się do konkretnej sytuacji. Jeśli więc podłączysz zasilacz o wyższym napięciu do naładowanego akumulatora zamiast rozładowanego akumulatora, naładujesz go dalej. Spowodowałoby to odwrócenie reakcji chemicznej w tej baterii, a etykiety anody i katody musiałyby zostać zamienione.

W innym scenariuszu można wziąć dwie baterie 12 V i połączyć je szeregowo (połączyć (+ ) jednego z (-) drugiego). Dałoby to 24-woltową baterię, a jeśli podłączysz do niej konsumenta, katoda będzie (+), a anoda będzie (-) dla obu z nich.

W przypadku akumulatora kwasowo-ołowiowego ( +) i (-) nigdy się nie zmieniają, więc można trwale oznaczyć elektrody. W komórce stężenia, (+) i (-) zależy od stężenia gatunków redoks w dwóch półkomórkach, więc nie można było ich oznaczyć „trwałym markerem”.

Anoda jest elektrodą, na której zachodzi pół reakcja utleniania.

W ogniwie galwanicznym reakcja jest spontaniczna, nie ma przyłożonego potencjału zewnętrznego, a gdy materiał anody jest utleniany czyni anodę elektrodą ujemną. W ogniwie elektrolitycznym to potencjał zewnętrzny napędza reakcję, anoda jest elektrodą, w której zachodzi reakcja utleniania, w konsekwencji tym razem jest to elektroda o potencjale dodatnim.

Po prostu dodaję dobre narzędzie mnemoniczne, jak zapamiętać konwencję nazewnictwa:

Anoda = anabasis (z greckiego ana = "w górę", bainein = „krok lub marsz”), elektrony przemieszczałyby się w górę od elektrody do drutu = utlenianie”.

Xenophon, Anabasis, „The March Up Country”

Katoda = katabaza (podróż w dół), elektrony będą schodzić w dół od drutu do elektrody = redukcja”

Terminy anabaza / katabaza mają również zastosowanie w innych dziedzinach. Na przykład. procesy anabatyczne / katabatyczne w meteorologii synoptycznej to procesy związane z konwekcją powietrza w górę / w dół, tak jak na przedniej i tylnej stronie zimnego frontu drugiego rodzaju.