O ânodo e o cátodo são os tipos de eletrodos encontrados nas células eletroquímicas. São dispositivos capazes de produzir energia elétrica por meio de uma reação química. As células eletroquímicas mais utilizadas são as baterias.
Existem dois tipos de células eletroquímicas, células eletrolíticas e células galvânicas ou voltaicas. Nas células eletrolíticas, a reação química que produz energia não acontece espontaneamente, mas a corrente elétrica é transformada em uma reação química de oxidação-redução.
A célula galvânica é composta por duas meias células. Estes são conectados por dois elementos, um condutor metálico e uma ponte salina.
O condutor elétrico, como o próprio nome indica, conduz eletricidade porque tem muito pouca resistência ao movimento da carga elétrica. Os melhores condutores geralmente são de metal.
A ponte de sal é um tubo que conecta as duas meias-células, mantendo seu contato elétrico, e sem deixar os componentes de cada célula se unirem.Cada meia-célula da célula galvânica contém um eletrodo e um eletrólito.
Quando ocorre a reação química, uma das meias células perde elétrons em direção ao seu eletrodo, através do processo de oxidação; enquanto o outro ganha elétrons para seu eletrodo, pelo processo de redução.
Os processos de oxidação ocorrem no ânodo e os processos de redução no cátodo
Ânodo
O nome do ânodo vem do grego ανά (aná): para cima, e οδός (odós): caminho. Faraday foi quem cunhou esse termo no século XIX.
A melhor definição de ânodo é o eletrodo que perde elétrons em uma reação de oxidação. Normalmente está ligado ao pólo positivo do trânsito da corrente elétrica, mas nem sempre é o caso.
Embora nas baterias o ânodo seja o pólo positivo, nas luzes LED é o oposto, sendo o ânodo o pólo negativo.
Normalmente, a direção da corrente elétrica é definida, apreciando-a como uma direção de cargas livres, mas se o condutor não for metálico, as cargas positivas que são produzidas são transferidas para o condutor externo.
Esse movimento implica que temos cargas positivas e negativas que se movem em direções opostas, portanto, diz-se que a direção da corrente é o caminho das cargas positivas dos cátions que estão no ânodo em direção à carga negativa dos ânodos. encontrado no cátodo.
Nas células galvânicas, tendo um condutor metálico, a corrente gerada na reação segue o caminho do pólo positivo para o negativo.
Já nas células eletrolíticas, por não possuírem um condutor metálico, e sim um eletrólito, podem ser encontrados íons com carga positiva e negativa que se movem em direções opostas.
Os ânodos termiônicos recebem a maior parte dos elétrons que vêm do cátodo, aquecem o ânodo e precisam encontrar uma maneira de dissipá-lo. Esse calor é gerado na tensão que ocorre entre os elétrons.
Ânodos especiais
Existe um tipo especial de ânodo, como os encontrados dentro dos raios X. Nesses tubos, a energia produzida pelos elétrons, além de produzir os raios X, gera uma grande energia que aquece o ânodo.
Este calor é produzido na tensão diferente entre os dois eletrodos, que exerce pressão sobre os elétrons. Quando os elétrons se movem na corrente elétrica, eles impactam contra o ânodo, transmitindo seu calor a ele.
Cátodo
O cátodo é o eletrodo com carga negativa, que na reação química sofre uma reação de redução, onde seu estado de oxidação é reduzido ao receber elétrons.
Como no caso do ânodo, foi Faraday quem sugeriu o termo cátodo, que vem do grego κατά: 'para baixo', e ὁδός: 'caminho'. A este eletrodo, a carga negativa foi atribuída ao longo do tempo.
Essa abordagem acabou se revelando falsa, pois dependendo do dispositivo em que se encontra, ele tem uma carga ou outra.
Essa relação com o pólo negativo, assim como com o ânodo, surge da suposição de que a corrente flui do pólo positivo para o pólo negativo. Isso surge dentro de uma célula galvânica.
Dentro das células eletrolíticas, o meio de transferência de energia, não estando em um metal, mas em um eletrólito, podem coexistir íons negativos e positivos que se movem em direções opostas. Mas, por convenção, diz-se que a corrente vai do ânodo ao cátodo.
Cátodos especiais
Um tipo de cátodo específico são os cátodos termiônicos. Nestes, o cátodo emite elétrons devido ao efeito do calor.
Em válvulas termiônicas, o cátodo pode se aquecer circulando uma corrente de aquecimento em um filamento ligado a ele.
Reação de equilíbrio
Se tomarmos uma célula galvânica, que é a célula eletroquímica mais comum, podemos formular a reação de equilíbrio que é gerada.
Cada meia célula que compõe a célula galvânica tem uma voltagem característica conhecida como potencial de redução. Dentro de cada meia célula, uma reação de oxidação ocorre entre os diferentes íons.
Quando essa reação atinge o equilíbrio, a célula não pode fornecer mais tensão. Neste momento, a oxidação que está ocorrendo na meia-célula naquele momento terá um valor positivo quanto mais perto estiver do equilíbrio. O potencial da reação será tanto maior quanto mais equilíbrio for alcançado.
Quando o ânodo está em equilíbrio, ele começa a perder elétrons que passam pelo condutor até o cátodo.
A reação de redução está ocorrendo no cátodo, quanto mais longe ele estiver do equilíbrio, mais potencial terá a reação quando ocorrer e levar os elétrons que vêm do ânodo.
Referências
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