Anoda

Rozbalit box

Obsah boxu

Anoda je elektroda v elektrochemickém článku nebo elektronické součástce, na které dochází k oxidaci. Jedná se o proces, při kterém atomy, ionty nebo molekuly odevzdávají elektrony. Název pochází z řeckých slov "ana" (nahoru) a "hodos" (cesta), což symbolizuje "výstup" nebo "cestu vzhůru" pro elektrony. Termín zavedl v roce 1834 William Whewell na žádost anglického fyzika a chemika Michaela Faradaye. Opakem anody je katoda, na které probíhá redukce.

Polarita anody (zda je kladná či záporná) závisí na typu zařízení:

• V galvanickém článku (např. baterie), který samovolně vyrábí elektrickou energii, je anoda záporným pólem (-). Zde dochází k oxidaci materiálu anody, čímž se uvolňují elektrony do vnějšího obvodu.
• V elektrolytickém článku (např. při elektrolýze nebo nabíjení akumulátoru), kam je energie dodávána z vnějšího zdroje, je anoda kladným pólem (+). Kladné napětí přitahuje záporně nabité ionty (anionty) z elektrolytu, které na anodě odevzdávají elektrony (oxidují se).

⏳ Historie

Pojmy anoda a katoda zavedl Michael Faraday kolem roku 1834, když formuloval své zákony elektrolýzy. Potřeboval pojmenovat elektrody v elektrochemických zařízeních a o pomoc požádal klasického filologa Williama Whewella. Whewell odvodil termín "anoda" z řeckého slova "anodos" (ἄνοδος), což znamená "cesta nahoru" nebo "výstup". Tento název měl popisovat směr, kterým elektrický proud (podle tehdejší konvence) vstupuje do zařízení. Faradayovy práce a zavedení této terminologie položily základy moderní elektrochemie.

⚛️ Princip a funkce

Základní funkcí anody je sloužit jako místo, kde probíhá oxidační poloreakce v rámci redoxní reakce. Látka (ať už materiál samotné elektrody nebo částice v elektrolytu) na anodě ztrácí elektrony. Tyto uvolněné elektrony pak putují vnějším elektrickým obvodem směrem ke katodě.

Anoda v galvanickém článku (zdroj napětí)

V galvanickém článku, jako je například tužková baterie, dochází k samovolné chemické reakci, která generuje elektrický proud. Anoda je tvořena z materiálu s nižším elektrochemickým potenciálem (méně ušlechtilým kovem), například ze zinku v Daniellově článku. Atomy zinku se na povrchu anody oxidují, rozpouštějí se do elektrolytu jako zinečnaté kationty (Zn²⁺) a uvolňují dva elektrony.

Zn → Zn²⁺ + 2e⁻

Tento přebytek elektronů způsobuje, že anoda je v galvanickém článku záporným pólem. Elektrony jsou pak vedeny vnějším obvodem ke katodě, kde jsou spotřebovány při redukční reakci.

Anoda v elektrolytickém článku (spotřebič napětí)

V elektrolytickém článku je vnější zdroj napětí použit k vynucení ne-spontánní chemické reakce, například při elektrolýze vody nebo při nabíjení akumulátoru. Anoda je zde připojena ke kladnému pólu zdroje. Její kladný náboj přitahuje z elektrolytu záporně nabité anionty (např. chloridové Cl⁻ nebo hydroxidové OH⁻ ionty). Tyto ionty na povrchu anody odevzdávají své přebytečné elektrony (jsou oxidovány) a mění se na neutrální atomy nebo molekuly.

Například při elektrolýze taveniny chloridu sodného (NaCl) putují ionty Cl⁻ k anodě, kde se oxidují na plynný chlor.

2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻

🔬 Typy a materiály anod

Materiál anody je klíčový pro její funkci a životnost a volí se podle konkrétní aplikace. Anody lze rozdělit na dva hlavní typy:

Rozpustné anody

Tyto anody se během elektrochemického procesu aktivně spotřebovávají (rozpouštějí). Typicky se používají v procesech, jako je galvanické pokovování, kde je anoda vyrobena ze stejného kovu, jakým se pokrývá předmět na katodě (např. měděná anoda při poměďování). Rozpouštěním anody se doplňují ionty kovu v elektrolytu, které se vylučují na katodě.

Nerozpustné (inertní) anody

Tyto anody slouží pouze jako vodič elektronů a samy se chemické reakce neúčastní, pouze ji zprostředkovávají. Musí být vyrobeny z materiálů, které jsou v daném elektrolytu chemicky stálé a odolné vůči korozi. Mezi běžné materiály patří:

• Grafit: Často používaný pro svou chemickou odolnost a nízkou cenu.
• Platina: Velmi inertní a odolná, ale drahá.
• Směsné oxidy kovů (MMO): Moderní anody tvořené titanovým substrátem potaženým vrstvou oxidů vzácných kovů (např. iridium, ruthenium). Vyznačují se vysokou účinností a dlouhou životností.
• Vysokosilikonová litina: Používá se pro svou robustnost a cenovou dostupnost, zejména v systémech katodické ochrany v zemi.

💡 Pro laiky

Představte si anodu a katodu jako dva sportovní týmy na hřišti, kde se hraje s míčky (elektrony).

• Anoda je tým, který míčky odhazuje (odevzdává elektrony). Je to místo, kde začíná akce – oxidace. V baterii si ji můžete představit jako startovní blok, ze kterého vybíhají závodníci (elektrony).
• Katoda je tým, který míčky chytá (přijímá elektrony). Je to cíl, kam závodníci dobíhají.

Zajímavé je, že znaménko anody se mění podle toho, jestli "hřiště" energii vyrábí (jako baterie), nebo spotřebovává (jako při nabíjení).

• V baterii (vyrábí energii) je anoda mínus (-). Je to jako přetlakovaný zásobník míčků, které samy chtějí ven.
• Při nabíjení (spotřebovává energii) je anoda plus (+). Zde vnější síla (nabíječka) aktivně "krade" míčky ze zásobníku, a proto má kladný náboj.

Nezáleží na znaménku, anoda je VŽDY místem, kde dochází k oxidaci (ztrátě elektronů).

⚙️ Praktické využití

Anody jsou klíčovou součástí mnoha technologií a procesů:

• Baterie a akumulátory: Anoda je základní součástí každého galvanického článku, od malých knoflíkových baterií po velké lithium-iontové baterie v elektromobilech. V Li-ion bateriích je anoda typicky vyrobena z grafitu.
• Ochrana proti korozi: V tzv. katodické ochraně se používají obětované anody. Jedná se o kus méně ušlechtilého kovu (zinek, hliník, hořčík), který se vodivě spojí s chráněnou ocelovou konstrukcí (např. trup loďi, potrubí, bojler). Tato anoda koroduje přednostně ("obětuje se") a tím chrání samotnou konstrukci.
• Galvanotechnika: Při procesech jako pokovování, chromování nebo zinkování slouží anoda buď k doplňování iontů kovu do lázně (rozpustná anoda), nebo jako inertní elektroda.
• Anodizace (Eloxování): Jedná se o elektrochemický proces, při kterém se na povrchu hliníkových (nebo titanových) předmětů vytváří silná a odolná vrstva jejich oxidu. Upravovaný předmět je v tomto případě zapojen jako anoda. Vrstva oxidu chrání kov před korozí, zvyšuje jeho otěruvzdornost a umožňuje jeho barvení.
• Elektronika: V součástkách jako jsou diody, LED diody nebo elektronky je anoda elektrodou, která v propustném směru přijímá elektrony z vnějšího obvodu (je připojena ke kladnějšímu napětí). U LED diody je anoda typicky delší vývod.
• Rentgenka: Anoda (nebo terčík) je elektroda, na kterou dopadají elektrony urychlené z katody. Při jejich zabrzdění na povrchu anody (vyrobené z materiálu s vysokým atomovým číslem, např. wolfram) vzniká rentgenové záření.

Zdroje

Botland.cz Wikipedia - Anoda Wikipedia - Galvanický článek VŠCHT - Elektrochemie Webchemie MUNI - Elektrolýza Dadao Electric Wikipedia - Obětovaná anoda Wikipedia - Eloxování Redway Battery NAVIO.CZ