アノードとカソードとは何ですか？ - 化学 - 2025

アノード及びカソードは、電気化学セルに見出される電極のタイプです。これらは、化学反応を通じて電気エネルギーを生成できるデバイスです。最も使用されている電気化学セルは電池です。

電気化学セルには、電解セルとガルバニ電池またはボルタ電池の2種類があります。電解槽では、エネルギーを生み出す化学反応は自然には起こりませんが、電流は化学的な酸化還元反応に変換されます。

ガルバニ電池は2つの半電池で構成されています。これらは、金属導体と塩橋の2つの要素で接続されています。

導電体は、その名前が示すように、電荷の移動に対する抵抗がほとんどないため、電気を伝導します。最良の導体は通常金属です。

ソルトブリッジは、2つのハーフセルを電気的に接触させたまま、各セルのコンポーネントを一緒にせずに接続するチューブです。ガルバニセルの各ハーフセルには、電極と電解質が含まれています。

化学反応が発生すると、半電池の1つは、酸化プロセスを通じて、電極に向かって電子を失います。一方、もう一方は、還元プロセスを通じて、その電極のために電子を獲得します。

酸化プロセスはアノードで発生し、還元プロセスはカソードで発生します

アノード

アノードの名前は、ギリシャ語のανά（aná）：上向き、およびοδός（odós）：から来ています。ファラデーは、19世紀の今期の造語です。

陽極の最良の定義は、酸化反応で電子を失う電極です。これは通常、電流の通過の正極にリンクされますが、常にそうであるとは限りません。

バッテリーではアノードは正極ですが、LEDライトではアノードが負極です。

通常、電流の方向は自由電荷の方向として認識されて定義されますが、導体が金属ではない場合、生成された正の電荷は外部導体に転送されます。

この動きは、正と負の電荷が反対方向に移動することを意味するため、電流の方向は、アノードで検出されたカチオンの正の電荷がアノードの負の電荷に向かう経路であると言われています。陰極にあります。

金属導体を備えたガルバニ電池では、反応で発生した電流は正極から負極への経路に従います。

しかし、電解セルでは、金属導体ではなく電解質がないため、正と負の電荷を持つイオンが反対方向に移動することがわかります。

熱電子アノードは、カソードから来るほとんどの電子を受け取り、アノードを加熱し、それを消散させる方法を見つける必要があります。この熱は、電子間で発生する電圧で発生します。

特別な陽極

X線の内部に見られるような特別なタイプの陽極があり、これらの管では、X線を生成することに加えて、電子によって生成されたエネルギーが、陽極を加熱する大量のエネルギーを生成します。

この熱は、2つの電極間の異なる電圧で発生し、電子に圧力をかけます。電子が電流内を移動すると、それらは陽極に衝突し、熱を陽極に伝達します。

陰極

陰極は負電荷を持つ電極であり、化学反応では還元反応が行われ、電子を受け取るとその酸化状態が還元されます。

陽極と同様に、ギリシャ語のκατά： 'downwards'およびὁδός： 'way'に由来する陰極という用語を提案したのはファラデーでした。この電極に負の電荷が時間の経過に起因していました。

このアプローチは、それが入っているデバイスに応じて、負荷が異なるため、誤りであることが判明しました。

アノードと同様に、負極とのこの関係は、電流が正極から負極に流れるという仮定から生じます。これは、ガルバニ電池内で発生します。

電解セル内では、エネルギー伝達媒体は金属ではなく電解質内にあり、負と正のイオンが共存して反対方向に移動します。しかし慣例により、電流は陽極から陰極へ流れると言われています。

特別な陰極

特定のカソードの1つのタイプは、熱電子カソードです。これらの中で、カソードは熱の影響により電子を放出します。

熱電子バルブでは、取り付けられたフィラメントで加熱電流を循環させることにより、カソード自体を加熱できます。

平衡反応

最も一般的な電気化学セルであるガルバニ電池を使用すると、生成される平衡反応を定式化できます。

ガルバニ電池を構成する各半電池には、還元電位と呼ばれる特性電圧があります。各ハーフセル内で、異なるイオン間で酸化反応が発生します。

この反応が平衡に達すると、細胞はそれ以上張力を提供できなくなります。このとき、ハーフセルで発生している酸化は、平衡に近づくほど正の値になります。反応の可能性は、平衡に近づくほど大きくなります。

アノードが平衡状態になると、導体を通過してカソードに到達する電子が失われ始めます。

還元反応はカソードで行われ、平衡から離れるほど、反応が発生してアノードからの電子を受け取るときの反応の電位が高くなります。

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