الكاثود مقابل الأنود: الفرق والمقارنة

الكاثود هو القطب الذي يحدث فيه الاختزال (اكتساب الإلكترونات) في الخلية الكهروكيميائية أو أثناء التحليل الكهربائي. وعلى العكس من ذلك، فإن الأنود هو القطب الذي تحدث فيه الأكسدة (فقدان الإلكترونات). باختصار، الكاثود يجذب الكاتيونات ويخضع للاختزال، في حين أن الأنود يجذب الأنيونات ويخضع للأكسدة.

الوجبات السريعة الرئيسية

1. الكاثودات هي أقطاب كهربائية حيث يحدث الاختزال ، وتكتسب الإلكترونات ؛ الأنودات هي أقطاب كهربائية تحدث فيها الأكسدة وتفقد الإلكترونات.
2. في الخلايا الكهروكيميائية ، تجذب الكاثودات أيونات موجبة الشحنة (كاتيونات) ؛ تجذب الأنودات أيونات سالبة الشحنة (الأنيونات).
3. في البطاريات ، الكاثود هو الطرف الموجب ، والأنود هو الطرف السالب ؛ في التحليل الكهربائي ، يكون القطب الموجب موجبًا ، ويكون الكاثود سالبًا.

الكاثود مقابل الأنود

الكاثود هو القطب الذي يجذب أيونات أو كاتيونات موجبة الشحنة ويتم تمثيله بعلامة سالبة (-). القطب الموجب هو القطب الذي يجذب الأيونات أو الأنيونات سالبة الشحنة ويتم تمثيله بعلامة موجبة (+) ، والتي يتم توصيلها بعد ذلك بمصدر طاقة خارجي.

لم يتم إصلاح مواقع الكاثود والأنود داخل الخلية ويمكن أن تتغير اعتمادًا على ما يحدث في أي وقت. على سبيل المثال ، عند إعادة شحن جهاز قابل لإعادة الشحن بطارية.

يمكن أن تكون الأنودات والكاثودات في سياق البطارية مربكة، حيث أن وضع العلامات على الجوانب الإيجابية والسلبية للعاصفة لا يتطابق مع شحناتها الخاصة.

---

 

جدول المقارنة

الميزات	الكاثود	الأنود
المسمى الوظيفي	تخفيض (اكتساب الإلكترونات)	أكسدة (يفقد الإلكترونات)
تهمة (خلية كهربائيا)	سلبي	إيجابي
تهمة (خلية جلفانية)	إيجابي	سلبي
الأيونات المنجذبة	الايونات الموجبة (أيونات موجبة الشحنة)	الأنيونات (الأيونات السالبة)
مثال في البطارية	محطة سلبية	الموجب
مثال في التحليل الكهربائي	حيث يتم إيداع المعادن	حيث يذوب المعدن
ذاكري	"الكاثود المصيد الإلكترونات. الأنود دائما تتبرع"

---

 

ما هو الكاثود؟

وظائف الكاثود:

1. رد فعل التخفيض:

إحدى الوظائف الأساسية للكاثود هي الخضوع لتفاعلات الاختزال. خلال هذه التفاعلات، تكتسب الأيونات الموجبة الشحنة أو الجزيئات المحايدة إلكترونات عند الكاثود، مما يؤدي إلى انخفاض في حالة الأكسدة. تعتبر عملية الاختزال هذه ضرورية لموازنة الشحن الإجمالي في الخلية الكهروكيميائية.

2. الاستقبال الإلكتروني:

بصفته موقع الاختزال، يعمل الكاثود كمحطة تتدفق فيها الإلكترونات إلى الدائرة الخارجية. عندما يتصل عامل اختزال، مثل أيون فلز أو نوع كيميائي ذو ألفة إلكترونية عالية، بالكاثود، فإنه يقبل الإلكترونات من القطب. يساهم نقل الإلكترون هذا في التيار الكهربائي الإجمالي الذي تولده الخلية.

3. تدفق الإلكترون:

تنتقل الإلكترونات المتحررة أثناء تفاعلات الأكسدة عند الأنود عبر الدائرة الخارجية إلى الكاثود. ويتم تسهيل تدفق الإلكترونات هذا بواسطة موصل خارجي، مثل سلك أو حمل كهربائي. عند الوصول إلى الكاثود، يتم نقل هذه الإلكترونات إلى عامل الاختزال، مما يعزز الاختزال واستكمال الدائرة الكهروكيميائية.

أنواع الكاثودات:

1. الكاثودات المعدنية:

في العديد من الأنظمة الكهروكيميائية، تعمل الأقطاب الكهربائية المعدنية كقطب كاثود. تتكون هذه الأقطاب الكهربائية من مواد ذات موصلية إلكترونية عالية، مثل البلاتين أو الذهب أو النحاس. تُستخدم الكاثودات المعدنية بشكل شائع في الخلايا الجلفانية، والخلايا الإلكتروليتية، والعمليات الصناعية المختلفة.

2. الكاثودات الخاملة:

في بعض عمليات التحليل الكهربائي، يتم استخدام المواد الخاملة، مثل الجرافيت أو الكربون، ككاثودات. لا تشارك هذه الأقطاب الكهربائية الخاملة في التفاعلات الكيميائية التي تحدث عند الكاثود؛ بدلاً من ذلك، فهي بمثابة منصات لتسهيل نقل الإلكترون وتعزيز تفاعلات الاختزال.

3. كاثودات أشباه الموصلات:

في التطبيقات المتخصصة، يتم استخدام مواد أشباه الموصلات، مثل السيليكون أو زرنيخيد الغاليوم، ككاثودات. تجد كاثودات أشباه الموصلات فائدة في الأجهزة الإلكترونية، والخلايا الشمسية، والأنظمة الكهروكيميائية القائمة على أشباه الموصلات، حيث تتيح خصائصها الإلكترونية الفريدة التحكم الدقيق في عمليات الاختزال.

 

ما هو الأنود؟

التعريف والوظيفة

يعد الكاثود مكونًا أساسيًا في الأنظمة الكهروكيميائية المختلفة، بما في ذلك البطاريات والخلايا الإلكتروليتية والأنابيب المفرغة. وهو بمثابة القطب حيث تحدث تفاعلات الاختزال خلال هذه العمليات.

العمليات الكهروكيميائية

في الخلايا الكهروكيميائية، يجذب الكاثود الأيونات الموجبة الشحنة (الكاتيونات) من محلول الإلكتروليت. تخضع هذه الكاتيونات لتفاعلات اختزال عند الكاثود، وتكتسب إلكترونات لتكوين ذرات أو جزيئات محايدة. تعتبر عملية الاختزال هذه محورية لتوليد الطاقة الكهربائية في البطاريات أو تسهيل التحولات الكيميائية في الخلايا التحليلية.

مثال: تشغيل البطارية

في البطاريات القابلة لإعادة الشحن، مثل بطارية الليثيوم أيون، أثناء عملية التفريغ، تنتقل أيونات الليثيوم من القطب الموجب إلى الكاثود من خلال المنحل بالكهرباء. عند الكاثود، تقبل هذه الأيونات الإلكترونات وتشكل ذرات الليثيوم، التي تتفاعل بعد ذلك مع مادة القطب، وتطلق الطاقة وتسمح للبطارية بتشغيل الأجهزة الخارجية.

دور في التحليل الكهربائي

في الخلايا الإلكتروليتية، حيث تُستخدم الطاقة الكهربائية لتحفيز التفاعلات الكيميائية غير التلقائية، يظل الكاثود بمثابة موقع الاختزال. هنا، يقوم الكاثود بتزويد الإلكترونات إلى الأيونات الموجودة في المنحل بالكهرباء، مما يجعلها تخضع لتفاعلات الاختزال وترسب كأنواع محايدة على سطح الكاثود.

مثال: الطلاء الكهربائي

أثناء الطلاء الكهربائي، يجذب الكاثود الأيونات المعدنية من محلول الإلكتروليت. تكتسب هذه الأيونات إلكترونات عند الكاثود، مما يشكل طبقة معدنية على سطح الجسم المطلي. تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في صناعات طلاء الأشياء بالمعادن مثل الذهب أو الفضة أو الكروم.

---

الاختلافات الرئيسية بين الكاثود والأنود

1. تهمة:
   • الكاثود: يجذب الأيونات الموجبة الشحنة (الكاتيونات).
   • الأنود: يجذب الأيونات السالبة (الأنيونات).
2. رد فعل:
   • الكاثود: موقع تفاعل الاختزال (كسب الإلكترونات).
   • الأنود: موقع تفاعل الأكسدة (فقد الإلكترونات).
3. خلايا التحليل الكهربائي:
   • الكاثود: حيث يحدث الاختزال.
   • الأنود: حيث تحدث الأكسدة.
4. تشغيل البطارية:
   • الكاثود: القطب الذي يتم فيه تقليل الأيونات أثناء التفريغ.
   • الأنود: قطب كهربائي حيث تتأكسد الأيونات أثناء التفريغ.
5. طلاء بالكهرباء:
   • الكاثود: يجذب الأيونات المعدنية من المحلول ويشكل طبقة معدنية.
   • الأنود: يذيب ويطلق الأيونات المعدنية في المحلول.

مراجع حسابات

1. https://www.nature.com/articles/srep02671
2. https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1710038

آخر تحديث: 05 مارس 2024