Quais são o ânodo e o cátodo?

O ânodo e cátodo são os tipos de eletrodos encontrados nas células eletroquímicas. Estes são dispositivos capazes de produzir energia elétrica através de uma reação química. As células eletroquímicas mais utilizadas são as baterias.

Existem dois tipos de células eletroquímicas, as células eletrolíticas e as células galvânicas ou voltaicas. Nas células eletrolíticas, a reação química que produz energia não ocorre 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 de sal.

O condutor elétrico, como o próprio nome indica, conduz a eletricidade porque tem muito pouca resistência ao movimento da carga elétrica. Os melhores condutores são geralmente metais.

A ponte salina é um tubo que liga as duas meias células, mantendo o contato elétrico do mesmo, e sem deixar que os componentes de cada célula se juntem.Cada célula da célula galvânica contém um eletrodo e um eletrólito.

Quando a reação química ocorre, uma das meias células perde elétrons para seu eletrodo, através do processo de oxidação; enquanto o outro ganha os elétrons por seu eletrodo, através do processo de redução.

Processos de oxidação ocorrem no anodo e processos de redução no cátodo

Definição de ânodo e cátodo

Ânodo

O nome do ânodo vem do grego ανά (aná): para cima e οδός (odós): caminho. Faraday foi quem cunhou este 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 esse o caso.

Embora nas baterias o anodo seja o polo positivo, nas luzes led é o oposto, sendo o ânodo o polo negativo.

Normalmente, a direção da corrente elétrica é definida, valorizando-a como um sentido das cargas livres, mas se o condutor não é 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, então 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 que estão no cátodo.

Nas células galvânicas, tendo um condutor metálico, a corrente gerada na reação segue o caminho do pólo positivo para o pólo negativo.

Mas nas células eletrolíticas, por não ter um condutor metálico, mas um eletrólito, podem ser encontrados íons com carga positiva e negativa que se movem em direções opostas.

Os ânodos termiônicos recebem a maioria dos elétrons que vêm do cátodo, aquecem o ânodo e têm que encontrar uma maneira de se dissipar. Esse calor é gerado na tensão que ocorre entre os elétrons.

Ânodos especiais

Há um tipo especial de ânodos, como os encontrados dentro dos raios X. Nestes tubos, a energia produzida pelos elétrons, além de produzir os raios X, gera uma grande energia que aquece o anodo.

Esse calor ocorre na tensão diferente entre os dois eletrodos e exerce pressão sobre os elétrons. Quando os elétrons se movem na corrente elétrica, atingem o ânodo transmitindo seu calor.

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 quando recebe elétrons.

Como no ânodo, foi Faraday quem sugeriu o termo cátodo que vem do grego κατά [catá]: 'para baixo' e ὁδός [odós]: 'camino'. Neste eletrodo, a carga negativa foi atribuída ao longo do tempo.

Essa abordagem era falsa, uma vez que, dependendo do dispositivo em que está localizada, ela tem uma carga ou outra.

Essa relação com o pólo negativo, como ocorre 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, os meios 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 acordo, diz-se que a corrente vai do ânodo ao cátodo.

Catodos especiais

Um tipo de cátodo específico são os catodos termiônicos. Nestes, o cátodo emite elétrons pelo efeito do calor.

Em válvulas termiônicas, o cátodo pode se aquecer circulando uma corrente de aquecimento em um filamento acoplado a ele.

Reação de equilíbrio

Se pegarmos 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 tensão característica conhecida como potencial de redução. Dentro de cada meia célula ocorre uma reação de oxidação entre os diferentes íons.

Quando esta reação atinge um equilíbrio, a célula não pode fornecer mais tensão. Neste momento, a oxidação que está ocorrendo na semicell daquele momento terá um valor positivo quanto mais próximo você estiver do equilíbrio. O potencial da reação será maior quanto mais equilíbrio for atingido.

Quando o ânodo está em equilíbrio, ele começa a perder elétrons que passam através do condutor para o cátodo.

No cátodo a reação de redução está ocorrendo, quanto mais longe do equilíbrio, mais potencial a reação terá à medida que ocorre e os elétrons vindos do ânodo serão captados.

Referências

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