Un ánodo es un electrodo de un dispositivo eléctrico polarizado a través del cual ingresa corriente convencional al dispositivo. Esto contrasta con un cátodo , un electrodo del dispositivo a través del cual la corriente convencional sale del dispositivo. Un mnemotécnico común es ACID, para "corriente del ánodo en el dispositivo". [1] La dirección de la corriente convencional (el flujo de cargas positivas) en un circuito es opuesta a la dirección del flujo de electrones , por lo que los electrones (cargados negativamente) fluyen desde el ánodo de una celda galvánica hacia un circuito exterior o externo conectado a la célula. Por ejemplo, el extremo de una batería doméstica marcado con un "+" es el cátodo (mientras se descarga).
Tanto en una celda galvánica como en una celda electrolítica , el ánodo es el electrodo en el que se produce la reacción de oxidación . En una celda galvánica, el ánodo es el alambre o placa que tiene un exceso de carga negativa como resultado de la reacción de oxidación. En una celda electrolítica , el ánodo es el alambre o placa sobre el cual se impone un exceso de carga positiva. [2] Como resultado de esto, los aniones tenderán a moverse hacia el ánodo donde sufrirán oxidación.
Históricamente, el ánodo de una celda galvánica también se conocía como código de zinc porque generalmente estaba compuesto de zinc. [3] [4] : pág. 209, 214
Los términos ánodo y cátodo no están definidos por la polaridad del voltaje de los electrodos sino por la dirección de la corriente a través del electrodo. Un ánodo es un electrodo de un dispositivo a través del cual fluye corriente convencional (carga positiva) hacia el dispositivo desde un circuito externo, mientras que un cátodo es un electrodo a través del cual fluye corriente convencional fuera del dispositivo. Si la corriente a través de los electrodos invierte su dirección, como ocurre por ejemplo en una batería recargable cuando se está cargando, los papeles de los electrodos como ánodo y cátodo se invierten.
La corriente convencional depende no sólo de la dirección en la que se mueven los portadores de carga , sino también de la carga eléctrica de los portadores . Las corrientes fuera del dispositivo suelen ser transportadas por electrones en un conductor metálico. Dado que los electrones tienen carga negativa, la dirección del flujo de electrones es opuesta a la dirección de la corriente convencional. En consecuencia, los electrones salen del dispositivo a través del ánodo y entran al dispositivo a través del cátodo.
La definición de ánodo y cátodo es diferente para dispositivos eléctricos como diodos y tubos de vacío donde la denominación de los electrodos es fija y no depende del flujo de carga real (corriente). Estos dispositivos generalmente permiten un flujo de corriente sustancial en una dirección pero una corriente insignificante en la otra dirección. Por lo tanto, los electrodos reciben nombres según la dirección de esta corriente "directa". En un diodo el ánodo es el terminal por donde entra la corriente y el cátodo es el terminal por donde sale la corriente, cuando el diodo está polarizado en directa . Los nombres de los electrodos no cambian en los casos en que fluye corriente inversa a través del dispositivo. De manera similar, en un tubo de vacío solo un electrodo puede emitir electrones hacia el tubo de vacío debido a que es calentado por un filamento, por lo que los electrones solo pueden ingresar al dispositivo desde el circuito externo a través del electrodo calentado. Por lo tanto, este electrodo se denomina permanentemente cátodo y el electrodo a través del cual los electrones salen del tubo se denomina ánodo.
La polaridad de la tensión en un ánodo con respecto a un cátodo asociado varía según el tipo de dispositivo y su modo de funcionamiento. En los siguientes ejemplos, el ánodo es negativo en un dispositivo que proporciona energía y positivo en un dispositivo que consume energía:
En una batería o celda galvánica que se descarga (diagrama de la izquierda), el ánodo es el terminal negativo: es por donde fluye la corriente convencional hacia la celda. Esta corriente interna es transportada externamente por electrones que se mueven hacia afuera.
En una batería que se recarga, o en una celda electrolítica , el ánodo es el terminal positivo impuesto por una fuente externa de diferencia de potencial. La corriente que pasa por una batería que se recarga es opuesta a la dirección de la corriente durante la descarga; en otras palabras, el electrodo que era el cátodo durante la descarga de la batería se convierte en el ánodo mientras la batería se recarga.
En ingeniería de baterías, es común designar un electrodo de una batería recargable como ánodo y el otro como cátodo según las funciones que desempeñan los electrodos cuando la batería está descargada. Esto a pesar de que los papeles se invierten cuando se carga la batería. Cuando se hace esto, "ánodo" simplemente designa el terminal negativo de la batería y "cátodo" designa el terminal positivo.
En un diodo , el ánodo es el terminal representado por la cola del símbolo de la flecha (lado plano del triángulo), por donde fluye la corriente convencional hacia el interior del dispositivo. Tenga en cuenta que la denominación de los electrodos para los diodos siempre se basa en la dirección de la corriente directa (la de la flecha, en la que la corriente fluye "más fácilmente"), incluso para tipos como diodos Zener o células solares donde la corriente de interés es la corriente inversa.
En los tubos de vacío o tubos llenos de gas , el ánodo es el terminal por donde entra la corriente al tubo.
La palabra fue acuñada en 1834 del griego ἄνοδος ( anodos ), 'ascenso', por William Whewell , quien había sido consultado [4] por Michael Faraday sobre algunos nombres nuevos necesarios para completar un artículo sobre el proceso recientemente descubierto de electrólisis . En ese artículo Faraday explicaba que cuando una celda electrolítica se orienta de manera que la corriente eléctrica atraviese el "cuerpo en descomposición" (electrolito) en una dirección "de Este a Oeste, o, lo que fortalecerá esta ayuda a la memoria, aquella en la que el sol "parece moverse", el ánodo es por donde la corriente entra al electrolito, en el lado este: " ano hacia arriba, odos a way; el camino por el que sale el sol". [5] [6]
El uso de 'Este' para referirse a la dirección 'hacia adentro' (en realidad 'hacia adentro' → 'Este' → 'amanecer' → 'arriba') puede parecer artificial. Anteriormente, como se relata en la primera referencia citada anteriormente, Faraday había utilizado el término más sencillo "eisodo" (la puerta por donde entra la corriente). Su motivación para cambiarlo a algo que significara "el electrodo Este" (otros candidatos habían sido "eastode", "oriode" y "anatolode") fue hacerlo inmune a un posible cambio posterior en la convención de dirección de la corriente , cuya naturaleza exacta no se sabía en ese momento. La referencia que utilizó para este efecto fue la dirección del campo magnético terrestre, que en aquella época se creía invariante. Fundamentalmente definió su orientación arbitraria para la celda como aquella en la que la corriente interna correría paralela y en la misma dirección que un hipotético bucle de corriente magnetizante alrededor de la línea local de latitud que induciría un campo dipolar magnético orientado como el de la Tierra. Esto hizo que la corriente interna fuera de Este a Oeste como se mencionó anteriormente, pero en caso de un cambio de convención posterior se habría convertido de Oeste a Este, de modo que el electrodo Este ya no habría sido la "vía de entrada". Por lo tanto, "eisodo" habría resultado inapropiado, mientras que "ánodo", que significa "electrodo este", habría seguido siendo correcto con respecto a la dirección invariable del fenómeno real subyacente a la corriente, entonces desconocida pero, según él, definida inequívocamente por la referencia magnética. . En retrospectiva, el cambio de nombre fue desafortunado, no sólo porque las raíces griegas por sí solas ya no revelan la función del ánodo, sino más importante aún porque, como sabemos ahora, la dirección del campo magnético de la Tierra en el que se basa el término "ánodo" está sujeta a reversiones , mientras que la convención de dirección actual en la que se basó el término "eisodio" no tiene motivos para cambiar en el futuro.
Desde el posterior descubrimiento del electrón , se ha sugerido una etimología más fácil de recordar y más duraderamente correcta técnicamente aunque históricamente falsa: ánodo, del griego anodos , 'camino hacia arriba', 'el camino (arriba) fuera de la célula (o otro dispositivo) para electrones".
En electroquímica , el ánodo es donde ocurre la oxidación y es el contacto de polaridad positiva en una celda electrolítica . [7] En el ánodo, los aniones (iones negativos) son obligados por el potencial eléctrico a reaccionar químicamente y emitir electrones (oxidación) que luego fluyen hacia arriba y hacia el circuito impulsor. Mnemónicos : LEO Red Cat (la pérdida de electrones es oxidación, la reducción ocurre en el cátodo), o AnOx Red Cat (oxidación del ánodo, reducción del cátodo), o OIL RIG (la oxidación es pérdida, la reducción es ganancia de electrones), o Roman Catholic y Ortodoxo (Reducción – Cátodo, ánodo – Oxidación), o LEO el león dice GER (Perder electrones es Oxidación, Ganar electrones es Reducción).
Este proceso es ampliamente utilizado en el refinado de metales. Por ejemplo, en el refinado de cobre, los ánodos de cobre, un producto intermedio de los hornos, se electrolizan en una solución apropiada (como ácido sulfúrico ) para producir cátodos de alta pureza (99,99%). Los cátodos de cobre producidos con este método también se denominan cobre electrolítico.
Históricamente, cuando se deseaban ánodos no reactivos para la electrólisis, se elegía el grafito (llamado plumbago en la época de Faraday) o el platino. [8] Se descubrió que eran algunos de los materiales menos reactivos para los ánodos. El platino se erosiona muy lentamente en comparación con otros materiales, y el grafito se desmorona y puede producir dióxido de carbono en soluciones acuosas, pero por lo demás no participa en la reacción.
En una batería o celda galvánica , el ánodo es el electrodo negativo desde donde salen los electrones hacia la parte externa del circuito. Internamente, los cationes cargados positivamente fluyen lejos del ánodo (aunque es negativo y, por lo tanto, se esperaría que los atrajera, esto se debe a que el potencial del electrodo en relación con la solución de electrolito es diferente para los sistemas de metal/electrolito del ánodo y del cátodo); pero, fuera de la celda en el circuito, los electrones son expulsados a través del contacto negativo y, por lo tanto, a través del circuito por el potencial de voltaje, como sería de esperar. Nota: en una celda galvánica, a diferencia de lo que ocurre en una celda electrolítica, no fluyen aniones hacia el ánodo, siendo la corriente interna enteramente constituida por los cationes que salen de él (ver dibujo).
Los fabricantes de baterías pueden considerar el electrodo negativo como el ánodo, [9] particularmente en su literatura técnica. Aunque técnicamente incorrecto, resuelve el problema de qué electrodo es el ánodo en una celda secundaria (o recargable). Usando la definición tradicional, el ánodo cambia entre ciclos de carga y descarga.
En los dispositivos electrónicos de vacío, como un tubo de rayos catódicos , el ánodo es el colector de electrones cargado positivamente. En un tubo, el ánodo es una placa cargada positiva que recoge los electrones emitidos por el cátodo mediante atracción eléctrica. También acelera el flujo de estos electrones.
En un diodo semiconductor , el ánodo es la capa dopada con P que inicialmente suministra agujeros a la unión. En la región de unión, los huecos proporcionados por el ánodo se combinan con los electrones suministrados desde la región dopada con N, creando una zona empobrecida. A medida que la capa dopada con P proporciona agujeros a la región agotada, los iones dopantes negativos quedan en la capa dopada con P ("P" para iones portadores de carga positivos). Esto crea una carga básica negativa en el ánodo. Cuando se aplica un voltaje positivo al ánodo del diodo del circuito, se pueden transferir más orificios a la región agotada, y esto hace que el diodo se vuelva conductor, permitiendo que la corriente fluya a través del circuito. Los términos ánodo y cátodo no deben aplicarse a un diodo Zener , ya que permite el flujo en cualquier dirección, dependiendo de la polaridad del potencial aplicado (es decir, voltaje).
En la protección catódica , un ánodo metálico que es más reactivo al ambiente corrosivo que el sistema metálico a proteger está conectado eléctricamente al sistema protegido. Como resultado, el ánodo metálico se corroe o se disuelve parcialmente en lugar del sistema metálico. Por ejemplo, el casco de un barco de hierro o acero puede estar protegido por un ánodo de sacrificio de zinc , que se disolverá en el agua de mar y evitará que el casco se corroa. Los ánodos de sacrificio son particularmente necesarios para sistemas donde se genera una carga estática por la acción de líquidos que fluyen, como tuberías y embarcaciones. Los ánodos de sacrificio también se utilizan generalmente en calentadores de agua de tipo tanque.
En 1824, para reducir el impacto de esta acción electrolítica destructiva en los cascos de los barcos, sus fijaciones y equipos submarinos, el ingeniero científico Humphry Davy desarrolló el primer sistema de protección contra la electrólisis marina, y aún el más utilizado. Davy instaló ánodos de sacrificio hechos de un metal más reactivo eléctricamente (menos noble) adheridos al casco del barco y conectados eléctricamente para formar un circuito de protección catódica.
Un ejemplo menos obvio de este tipo de protección es el proceso de galvanización del hierro. Este proceso recubre estructuras de hierro (como cercas) con una capa de zinc metálico. Mientras el zinc permanezca intacto, el hierro estará protegido de los efectos de la corrosión. Inevitablemente, el revestimiento de zinc se rompe, ya sea por grietas o daños físicos. Una vez que esto ocurre, los elementos corrosivos actúan como electrolito y la combinación zinc/hierro como electrodos. La corriente resultante asegura que se sacrifique el recubrimiento de zinc pero que el hierro base no se corroa. Un recubrimiento de este tipo puede proteger una estructura de hierro durante algunas décadas, pero una vez que se consume el recubrimiento protector, el hierro se corroe rápidamente.
Si, por el contrario, se utiliza estaño para revestir acero, cuando se produce una rotura del revestimiento, en realidad se acelera la oxidación del hierro.
Se utiliza otra protección catódica en el ánodo de corriente impresa. [10] Está hecho de titanio y cubierto con una mezcla de óxidos metálicos . A diferencia de la varilla del ánodo de sacrificio, el ánodo de corriente impresa no sacrifica su estructura. Esta tecnología utiliza una corriente externa proporcionada por una fuente de CC para crear la protección catódica. [11] Los ánodos de corriente impresa se utilizan en estructuras más grandes como tuberías, barcos y calentadores de agua. [12]
Lo opuesto a un ánodo es un cátodo . Cuando se invierte la corriente a través del dispositivo, los electrodos cambian de función, por lo que el ánodo se convierte en cátodo y el cátodo se convierte en ánodo, siempre que se aplique la corriente inversa. La excepción son los diodos donde la denominación de los electrodos siempre se basa en la dirección de la corriente directa.