Vraag:
Positieve of negatieve anode / kathode in elektrolytische / galvanische cel
1110101001
2014-09-27 07:37:56 UTC
view on stackexchange narkive permalink

In een galvanische (voltaïsche) cel wordt de anode als negatief beschouwd en de kathode als positief. Dit lijkt redelijk, aangezien de anode de bron van elektronen is en de kathode de plaats is waar de elektronen stromen.

In een elektrolytische cel wordt echter aangenomen dat de anode positief is terwijl de kathode nu negatief is. De reactie is echter nog steeds vergelijkbaar, waarbij elektronen van de anode naar de positieve pool van de batterij stromen en elektronen van de batterij naar de kathode.

Dus waarom schakelt het teken van de kathode en anode over bij het overwegen van een elektrolytische cel?

Zeven antwoorden:
#1
+42
Philipp
2014-09-27 09:02:48 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De anode is de elektrode waar de oxidatiereactie

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

plaatsvindt terwijl de kathode is de elektrode waar de reductiereactie

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

plaatsvindt. Dat is hoe kathode en anode worden gedefinieerd.

Galvanische cel

Nu, in een galvanische cel, verloopt de reactie zonder dat een externe potentiaal haar helpt. Omdat je aan de anode de oxidatiereactie hebt die elektronen produceert, ontstaat er een negatieve lading in de loop van de reactie totdat het elektrochemische evenwicht is bereikt. De anode is dus negatief.

Aan de kathode daarentegen heb je de reductiereactie die elektronen verbruikt (waarbij positieve (metaal) ionen achterblijven bij de elektrode) en dus leidt tot een opeenhoping van positieve lading in de loop van de reactie totdat het elektrochemische evenwicht is bereikt. De kathode is dus positief.

Elektrolytische cel

In een elektrolytische cel pas je een extern potentieel toe om ervoor te zorgen dat de reactie in de tegenovergestelde richting gaat. Nu is de redenering omgekeerd. Bij de negatieve elektrode waar je een hoog elektronenpotentiaal hebt geproduceerd via een externe spanningsbron worden elektronen 'naar buiten geduwd' uit de elektrode, waardoor de geoxideerde soort wordt verminderd $ \ ce {Ox} $, omdat het elektronenenergieniveau in de elektrode (Fermi Level) is hoger dan het energieniveau van de LUMO van $ \ ce {Ox} $ en de elektronen kunnen hun energie verlagen door deze orbitaal te bezetten - je hebt zogezegd zeer reactieve elektronen. Dus de negatieve elektrode zal degene zijn waar de reductiereactie zal plaatsvinden en dus is het de kathode.

Bij de positieve elektrode waar je een lage elektronenpotentiaal hebt geproduceerd via een externe spanningsbron, worden elektronen in de elektrode "gezogen" en blijft de gereduceerde soort $ \ ce {Red} $ achter omdat het elektronenenergieniveau in de elektrode ( Fermi Level) is lager dan het energieniveau van de HOMO van $ \ ce {Red} $. Dus de positieve elektrode zal degene zijn waar de oxidatiereactie zal plaatsvinden en dus is het de anode.

Een verhaal over elektronen en watervallen

Aangezien er is enige verwarring over de principes waarop een elektrolyse werkt, ik zal een metafoor proberen om het uit te leggen. Elektronen stromen van een gebied met een hoog potentieel naar een gebied met een laag potentieel, net zoals water door een waterval valt of door een hellend vlak stroomt. De reden is dezelfde: water en elektronen kunnen op deze manier hun energie verlagen. Nu gedraagt ​​de externe spanningsbron zich als twee grote rivieren die verbonden zijn met watervallen: een op grote hoogte die naar een waterval leidt - dat zou de minpool zijn - en een op een lage hoogte die wegleidt van een waterval - dat zou het pluspunt zijn pool. De elektroden zouden zijn als de punten van de rivier kort voor of na de watervallen op deze foto: de kathode is als de rand van een waterval waar het water naar beneden valt en de anode is als het punt waar het water in valt.

Oké, wat gebeurt er bij de elektrolysereactie? Bij de kathode heb je de situatie op grote hoogte. Dus de elektronen stromen naar de "rand van hun waterval". Ze willen "naar beneden vallen" omdat achter hen de rivier naar de rand duwt en een soort "druk" uitoefent. Maar waar kunnen ze naar toe vallen? De andere elektrode wordt daarvan gescheiden door de oplossing en meestal een diafragma. Maar er zijn $ \ ce {Ox} $ -moleculen met een lege toestand die energetisch onder die van de elektrode ligt. Die lege staten zijn als kleine vijvers die lager liggen waar een klein beetje water uit de rivier in kan vallen. Dus elke keer dat zo'n $ \ ce {Ox} $ -molecuul in de buurt van de elektrode komt, maakt een elektron van de gelegenheid gebruik om ernaar te springen en het terug te brengen tot $ \ ce {Red} $. Maar dat wil niet zeggen dat de elektrode plotseling een elektron mist, want de rivier vervangt het "uitgedrukte" elektron onmiddellijk. En de spanningsbron (de bron van de rivier) kan niet drooglopen van elektronen omdat hij zijn elektronen uit het stopcontact haalt.

Nu de anode: bij de anode heb je de situatie op lage hoogte. Dus hier ligt de rivier lager dan al het andere. Nu kun je je de HOMO-toestanden van de $ \ ce {Red} $ -moleculen voorstellen als kleine barrièremeertjes die op grotere hoogte liggen dan onze rivier. Wanneer een $ \ ce {Red} $ -molecuul dichtbij de elektrode komt, is het alsof iemand de sluizen van de dam van het barrièremeer opent. De elektronen stromen van de HOMO naar de elektrode en vormen zo een $ \ ce {Ox} $ -molecuul. Maar de elektronen blijven bij wijze van spreken niet in de elektrode, ze worden meegevoerd door de rivier. En aangezien de rivier zo'n enorm groot geheel is (veel water) en gewoonlijk in een oceaan mondt, verandert het kleine "water" dat eraan wordt toegevoegd de rivier niet veel. Het blijft hetzelfde, ongewijzigd, zodat elke keer dat een sluisdeur wordt geopend, het water uit het barrièremeer dezelfde afstand zal laten vallen.

Ik ben nog steeds een beetje in de war. U zegt: "Aan de positieve elektrode waar u via een externe spanningsbron een laag elektronenpotentiaal hebt geproduceerd, worden elektronen" in "de elektrode" gezogen ". Echter, omdat de elektronen van de anode in de positieve pool van de batterij worden gezogen, moet de anode dan niet als negatief worden beschouwd?
Aangezien de anode per definitie de plaats is waar elektronen verloren gaan, zal er dan niet altijd een opeenhoping van negatieve lading zijn en moet de anode dus niet altijd als negatief worden beschouwd?
@user2612743 In een elektrolytische cel ben jij de persoon die bepaalt welke elektrode positief is en welke negatief via de externe potentiaal. En deze externe potentiaal verandert niet in de loop van de reactie omdat de "aangezogen" elektronen door de spanningsbron worden weggevoerd. Die elektronen kunnen dus geen negatieve lading opbouwen bij de elektrode en het elektrodepotentiaal blijft hetzelfde.
@user2612743 Helpt dat? Of zijn er nog onduidelijkheden?
Sorry, ik ben nog steeds in de war ... Dit is wat ik tot nu toe heb begrepen (corrigeer me als ik het mis heb): in een galvanische cel wordt de anode als negatief beschouwd omdat deze de bron is van de elektronen (vanwege de oxidatiereactie ). Voor de kathode in een galvanische cel lijkt het dan intuïtief dat deze positief is. Een ding waarvan ik in uw antwoord niet duidelijk ben, is de zin "positieve (metaal) ionen achterlaten ... dus de kathode is positief)`. Kunt u dat alstublieft toelichten? Vervolgens ben ik onduidelijk over de elektrolytische cel. De anode is nog steeds waar de oxidatie plaatsvindt, en elektronen zijn nog steeds (vervolg)
geproduceerd door de oxidatiereactie, dus waarom is het niet negatief? De elektronen stromen van de anode naar de positieve pool van de batterij en vervolgens van de minpool van de batterij naar de kathode. Zou de anode niet negatief moeten zijn, aangezien de elektronen uit de anode worden gehaald, en omdat elektronen naar de kathode worden overgebracht, zou de kathode dan niet positief moeten zijn? (Sorry als het lijkt alsof ik een vraag herhaal die je eerder hebt beantwoord ...)
@user2612743 In een galvanische cel verloopt de reactie spontaan volgens het verschil in Gibbs vrije energie $ \ Delta G $. Bij de anode heb je de oxidatie en komen elektronen de elektrode binnen, wat leidt tot een opeenhoping van neg. in rekening brengen. Bij de kathode heb je de reductie en gaan elektronen uit de elektrode wat leidt tot een opbouw van pos. in rekening brengen. De elektroden zijn vaak gemaakt van metaal en de elektronen zijn afkomstig van die metaalatomen door ze achter te laten, waardoor positieve metaalionen ontstaan.
@user2612743 Betreffende elektrolyse: De elektroden worden opgeladen volgens het potentieel dat u uitoefent. Deze lading verandert niet tijdens de reactie omdat elektronen die naar binnen of naar buiten gaan, onmiddellijk worden weggevoerd of vervangen door de externe spanningsbron. De spanningsbron is de kracht achter de trekkracht die elektronen aan de anode voelen en het is ook de kracht achter de duw die de elektronen in de kathode voelen. De elektronen stromen niet rechtstreeks van de anode naar de kathode. Ze worden als het ware opgevangen en herverdeeld door de spanningsbron.
Bedankt voor je geduld bij het uitleggen! : D Uw bovenstaande uitleg heeft mijn twijfels over galvanische cellen weggenomen. Voor de elektrolytische cel zegt u echter: "De elektroden worden opgeladen volgens het potentieel dat u afdwingt." Betekent dit dat de anode als positief wordt beschouwd omdat deze is verbonden met de positieve pool van de batterij? Maar omdat de elektronen naar de positieve pool van de batterij stromen, is de anode niet negatief geladen ten opzichte van de batterij?
#2
+14
Freddy
2014-09-27 09:19:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De elektrode waarbij oxidatie plaatsvindt, staat bekend als de anode, terwijl de elektrode waarop reductie plaatsvindt de kathode wordt genoemd.

  Reductie -> kathode Oxidatie -> anode  

Als je ziet dat galvanische celreductie plaatsvindt bij de linker elektrode, dan is de linker de kathode. Oxidatie vindt plaats bij de rechter elektrode, dus de juiste is de anode.

Terwijl bij de elektrolytische cel reductie plaatsvindt bij de rechter elektrode, is de juiste de kathode. Oxidatie vindt plaats aan de linker elektrode, dus de linker is de anode.

enter image description here

Ja, dat heb ik, maar waarom wordt de anode in een galvanische cel als negatief beschouwd en in een elektrolytische cel als positief?
Tenzij ik iets mis, begrijp ik nog niet helemaal waarom de anode als negatief wordt beschouwd in een galvanische cel en als positief in een elektrolytische cel ...
@user2612743 Ik heb geprobeerd het duidelijk te maken, kijk of je het begrijpt.
Mijn vraag ging echter over de tekenconventie voor de kathode en anode, niet over de definitie van anode en kathode. Ik begrijp dat oxidatie optreedt bij de anode en reductie optreedt bij de kathode. Ik wil begrijpen waarom de kathode als positief wordt beschouwd in een galvanische cel, maar als negatief in een elektrolytische cel.
#3
+4
Daniel
2015-02-07 09:35:18 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik ben geen expert of geleerde, maar uit wat ik lees in al deze verklaringen, en wat ik opmerk in de illustratie, wordt het duidelijk ... althans voor mij ... wat volgens mij de polariteitsverandering tussen de galvanische cel en elektrolytische cel voor deze gebruiker.

Zoals vastgesteld en begrepen, stroomt de bron van elektronen en de overdracht van ionen van de negatieve pool, (anode) en wordt ontvangen door de positieve pool ( Kathode) (opzettelijk gebruikmakend van de meest basale termen) de anode is hier negatief omdat de stroom afkomstig is VAN DE elektrolyt, in de gloeilamp, waarvoor, als de aansluitingen van de gloeilamp waren gelabeld, ze zouden overeenkomen met de elektrolyt in de andere cel zoals het is de kracht die uit de lamp komt en de stroom naar de kathode van de cel duwt, en de kathode van de cel trekt uit de lamp.

In de elektrolytische cel neemt de 'elektrolyt' de rol van de lamp op zich van de galvanische cel, aangezien de elektronen NAAR de stroombron worden GEZONDEN, en niet op zichzelf de BRON van stroming, maar is ONDERWORPEN AAN de kracht van de bron van stroming.

SO net zoals de anode van de galvanische cel naar de gloeilamp stuurt, en de elektrolyt wordt gelabeld als de belasting van de galvanische cel, en brengt zijn inkomende negatieve kracht over van de stroombron, en deze drukt door de elektrolyt zoals de stroom UIT de gloeilamp.

Het kan gemakkelijker zijn als u opmerkt dat de BRON van vermogen NIET de elektrolyt is en technisch gezien is de zwarte aansluiting van de voeding de WARE anode (Verzenden), en de rode kant de WARE kathode, (ontvangen) maar bij het identificeren van de reactieve substantie die is ondergedompeld / omgeven door de elektrolytische substantie, geeft de anode zijn ionen op, die vervolgens worden toegevoegd aan de kathode die ze ontvangt.

Daarom noemen de tags in de elektrolytische cel niet de "bron van stroom", maar de reactie van de betrokken stoffen, vanwege de kracht / stroom die op hen wordt uitgeoefend door de stroombron, maar het is niet DE bron van kracht, en mogen daarom niet als één worden bestempeld ... en er zijn maar twee opties om ze te labelen, en aangezien het niet kan worden gewijzigd aan de stroombron, kan het alleen worden gewijzigd op het punt van contact met de elektrolyt!

Dit is tenminste wat ik ben gaan begrijpen door de commentaren en illustraties te bekijken.

Ik hoop oprecht dat het helpt om de grondgedachte te verduidelijken voor de omkering van labels voor deze gebruiker en alle anderen worstelen met het concept van zijn vanwege de stroombron die moet worden geëtiketteerd als - Anode en + Kathode ... waardoor het object waarop de stroom speelt, gedwongen wordt om het tegenovergestelde te zijn ondanks hun polen en vanwege de stroomrichting.

#4
+4
PAEP
2018-12-17 18:34:11 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik bedoel dit antwoord als een aanvulling op eerdere antwoorden.

Zoals al ontkracht, heb je in de anode altijd een oxidatiereactie $ \ mathrm {\; Rood \; \ longrightarrow \; Ox + e ^ -} $ , terwijl je in de kathode de reductiereactie $ \ mathrm {\; Red \; + e ^ - \ longrightpijl \; Ox} $ .

De reductie- en oxidatiereacties zijn altijd gekoppeld, dus de ene elektrode fungeert als een bron van elektronen en de andere als een put. In de galvanische cel is de algehele reactie spontaan en stroomt de stroom van de anode naar de kathode. Aan de andere kant sturen we in een elektrolytische cel de reactie op een niet-spontane manier aan door een extern potentieel toe te passen (bijvoorbeeld door een voeding te gebruiken).

Ik denk dat dit beeld de operatie duidelijk moet maken van beide soorten cellen, de processen die plaatsvinden bij elke elektrode en de tekenconventie.

galvanic versus electrolytic cell

Hoewel het een specifieke reactie illustreert, u kunt het generaliseren naar andere systemen.

De bron van de afbeelding is Electrolysis I at Chemistry.LibreTexts.

#5
+2
Karsten Theis
2020-06-30 23:57:16 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De (+) en (-) verwijzen naar de stroom elektronen in de voeding. In een galvanische (voltaïsche) cel is de cel zelf de voeding. In een elektrolytische cel is de cel aangesloten op een externe voeding. Dus hoewel de aanduiding van anode en kathode direct verband houdt met de richting van de elektronenstroom in een cel, hoe (+) en (-) zich verhouden tot anode en kathode hangt af van het feit of de reactie naar evenwicht gaat of niet (in het geval van oplaadbare batterijen, of u de batterij nu leeg laat lopen of oplaadt). Afhankelijk van de richting van de reactie veranderen de anode- en kathodelabels, terwijl de labels (+) en (-) hetzelfde blijven.

Een voorbeeld illustreert dit. Hier zijn twee loodzuurbatterijen die op een bepaalde manier met elkaar zijn verbonden. waar de opgeladen de lege oplaadt:

enter image description here

Het (+) en (-) label heeft betrekking op de richting waarin elektronen zouden stromen als ze zijn aan het ontladen (de lege batterij kan natuurlijk niet verder ontladen, dus je kon het experimenteel niet zien). De anode- en kathodelabels verwijzen naar de specifieke situatie. Dus als u een voeding met een hogere spanning aansluit op de opgeladen batterij in plaats van de lege batterij, laadt u deze verder op. Dit zou de chemische reactie in die batterij omkeren en de anode- en kathodelabels zouden moeten worden verwisseld.

In een ander scenario zou je twee 12 volt-batterijen kunnen nemen en ze in serie kunnen aansluiten (verbind (+ ) van de ene met (-) van de andere). Dit zou je een 24 volt batterij opleveren, en als je er een verbruiker op aansluit, zou de kathode (+) zijn en de anode (-) voor beide.

Voor de loodzuurbatterij, ( +) en (-) veranderen nooit, dus het is prima om de elektroden permanent te labelen. In een concentratiecel zijn (+) en (-) afhankelijk van de concentratie van redox-soorten in de twee halve cellen, dus je zou ze niet kunnen labelen "met permanente marker".

#6
+1
Abel Friedman
2014-09-27 09:02:38 UTC
view on stackexchange narkive permalink

De anode is de elektrode waarop de oxidatiehalfreactie plaatsvindt.

In een galvanische cel is de reactie spontaan, wordt er geen extern potentiaal aangelegd, en wanneer het anodemateriaal wordt geoxideerd dat maakt de anode de negatieve elektrode. In een elektrolytische cel is het de externe potentiaal die de reactie aandrijft, de anode is de elektrode waar de oxidatiereactie plaatsvindt, dus deze keer is het de elektrode met de positieve potentiaal.

"De anode is de elektrode waar de oxidatiereactie plaatsvindt, dus dit keer is het de elektrode met de positieve potentiaal." Ik zie het verband tussen deze twee uitspraken niet. Vindt oxidatie niet altijd plaats aan de anode, ongeacht of het een galvanische of elektrolytische cel is? Dus waarom wordt het als positief beschouwd voor een elektrolytische cel en als negatief voor een galvanische cel?
#7
+1
Poutnik
2019-10-07 22:13:27 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Ik voeg gewoon een goed geheugensteuntje toe om de naamgevingsconventie te onthouden:

Anode = anabasis (van Grieks ana = "upward", bainein = "to step or march"), zouden elektronen omhoog gaan van de elektrode naar de draad = oxidatie.

Xenophon, Anabasis, "The March Up Country"

Cathode = cathabasis (de reis naar beneden), elektronen zouden naar beneden gaan vanaf de draad naar de elektrode = reductie


De termen anabasis / catabasis hebben ook toepassing in andere domeinen. Bijv. anabatische / kathabatische processen in synoptische meteorologie zijn processen die verband houden met opwaartse / neerwaartse convectie van lucht, zoals aan de voorkant en de achterkant van het koude front van de 2e soort.

Dit is etymologie.Een geheugensteuntje is een rode kat ontmoet een os, samen met een mentaal beeld (of een actueel beeld, bijv. Https://ih1.redbubble.net/image.735512886.1741/flat,750x,075,f-pad,750x1000,f8f8f8.u2.jpg)
In feite is het beide.Anodes hebben een elektronenstroom die omhoog komt, in de richting van het circuit, kathodes die naar beneden vallen, uit het circuit, ongeacht of ze een elektrolytische of galvanische cel zijn."elke leertechniek die helpt bij het bewaren of ophalen van informatie in het menselijk geheugen." [Mnemonic] (https://en.wikipedia.org/wiki/Mnemonic)
Ik snap het.Ik stelde me geen situatie met twee bekers voor met de elektroden van bovenaf erin gedompeld.De meeste batterijen kunnen tegenwoordig in elke willekeurige richting worden geplaatst.
Echte cellen hebben natuurlijk verschillende vormen, oriëntatie en algemene geometrie, maar mentale beelden van een generiek celmodel zijn meestal altijd hetzelfde: 2 elektroden ondergedompeld in de oplossing.


Deze Q&A is automatisch vertaald vanuit de Engelse taal.De originele inhoud is beschikbaar op stackexchange, waarvoor we bedanken voor de cc by-sa 3.0-licentie waaronder het wordt gedistribueerd.
Loading...