Un ánodo es un electrodo de un dispositivo eléctrico polarizado a través del cual la corriente convencional ingresa al dispositivo. Esto contrasta con un cátodo , un electrodo del dispositivo a través del cual la corriente convencional sale del dispositivo. Una mnemotecnia común es ACID, para "corriente de ánodo en 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 externo conectado a la celda. 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 cable o placa que tiene un exceso de carga negativa como resultado de la reacción de oxidación. En una celda electrolítica , el ánodo es el cable o placa sobre el que 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 zincodo porque generalmente estaba compuesto de zinc. [3] [4] : pág. 209, 214
Los términos ánodo y cátodo no se definen por la polaridad de 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 hacia afuera del dispositivo. Si la corriente a través de los electrodos invierte la dirección, como ocurre por ejemplo en una batería recargable cuando se está cargando, los roles de los electrodos como ánodo y cátodo se invierten. [ cita requerida ]
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 son generalmente transportadas por electrones en un conductor metálico. Como los electrones tienen una 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 en el dispositivo a través del cátodo. [ cita requerida ]
La definición de ánodo y cátodo es diferente para dispositivos eléctricos como diodos y tubos de vacío donde el nombre del electrodo es fijo 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 se nombran en función de la dirección de esta corriente "directa". En un diodo, el ánodo es el terminal a través del cual ingresa la corriente y el cátodo es el terminal a través del cual sale la corriente, cuando el diodo está polarizado directamente . 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 al tubo evacuado 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. [ cita requerida ]
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 en descarga (diagrama de la izquierda), el ánodo es el terminal negativo: es por donde fluye la corriente convencional hacia la celda. Esta corriente entrante es transportada hacia el exterior por electrones que se mueven hacia el exterior. [ cita requerida ]
En una batería que se recarga, o 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. [ cita requerida ]
En la 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 es así a pesar de que las funciones se invierten cuando la batería está cargada. 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 flecha (lado plano del triángulo), por donde fluye la corriente convencional hacia el dispositivo. Nótese 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 los diodos Zener o las células solares donde la corriente de interés es la corriente inversa. [ cita requerida ]
En los tubos de vacío o tubos llenos de gas , el ánodo es el terminal por donde entra la corriente al tubo. [ cita requerida ]
La palabra fue acuñada en 1834 a partir 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 la electrólisis . En ese artículo Faraday explicó que cuando una celda electrolítica está orientada de manera que la corriente eléctrica atraviesa el "cuerpo en descomposición" (electrolito) en una dirección "de Este a Oeste, o, lo que reforzará esta ayuda a la memoria, aquella en la que el sol parece moverse", el ánodo es 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 significar la dirección "dentro" (en realidad "dentro" → "Este" → "amanecer" → "arriba") puede parecer artificial. Anteriormente, como se relata en la primera referencia citada anteriormente, Faraday había utilizado el término más sencillo "eisode" (la puerta por donde entra la corriente). Su motivación para cambiarlo por 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 para la corriente , cuya naturaleza exacta no se conocía en ese momento. La referencia que utilizó a este efecto fue la dirección del campo magnético de la Tierra, que en ese momento se creía que era 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 bucle de corriente magnetizante hipotético alrededor de la línea de latitud local 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 posterior de convención se habría convertido en Oeste a Este, de modo que el electrodo Este ya no habría sido el "camino de entrada". Por lo tanto, "eisode" habría dejado de ser apropiado, mientras que "anode", que significa "electrodo Este", habría seguido siendo correcto con respecto a la dirección inalterada del fenómeno real subyacente a la corriente, entonces desconocido pero, pensó, definido inequívocamente por la referencia magnética. En retrospectiva, el cambio de nombre fue desafortunado, no solo porque las raíces griegas por sí solas ya no revelan la función del ánodo, sino más importante aún porque, como ahora sabemos, la dirección del campo magnético de la Tierra en la que se basa el término "ánodo" está sujeta a inversiones, mientras que la convención de dirección de la corriente en la que se basó el término "eisode" no tiene motivos para cambiar en el futuro. [ cita requerida ]
Desde el descubrimiento posterior del electrón , se ha sugerido una etimología más fácil de recordar y técnicamente más correcta, aunque históricamente falsa: ánodo, del griego anodos , 'camino hacia arriba', 'el camino (hacia arriba) que sale de la celda (u otro dispositivo) para los electrones'. [ cita requerida ]
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 forzados por el potencial eléctrico a reaccionar químicamente y emitir electrones (oxidación) que luego fluyen hacia arriba y hacia el circuito de conducción. 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 católico romano y ortodoxo (Reducción - Cátodo, ánodo - Oxidación), o LEO el león dice GER (La pérdida de electrones es oxidación, la ganancia de electrones es reducción).
Este proceso se utiliza ampliamente en la refinación de metales. Por ejemplo, en la refinación de cobre, los ánodos de cobre, un producto intermedio de los hornos, se electrolizan en una solución adecuada (como ácido sulfúrico ) para producir cátodos de alta pureza (99,99%). Los cátodos de cobre producidos mediante este método también se describen como 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. [ cita requerida ]
En una batería o celda galvánica , el ánodo es el electrodo negativo desde el cual fluyen los electrones hacia la parte externa del circuito. Internamente, los cationes cargados positivamente fluyen hacia afuera del ánodo (aunque es negativo y, por lo tanto, se esperaría que los atraiga, esto se debe a que el potencial del electrodo en relación con la solución electrolítica es diferente para los sistemas de metal/electrolito del ánodo y el cátodo); pero, externamente a 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.
Los fabricantes de baterías pueden considerar el electrodo negativo como el ánodo, [9] particularmente en su literatura técnica. Aunque desde un punto de vista electroquímico es incorrecto, resuelve el problema de qué electrodo es el ánodo en una celda secundaria (o recargable). Usando la definición tradicional, el ánodo cambia de extremo entre ciclos de carga y descarga. [10]
En los dispositivos electrónicos de vacío, como un tubo de rayos catódicos , el ánodo es el colector de electrones con carga positiva. En un tubo, el ánodo es una placa con carga positiva que recoge los electrones emitidos por el cátodo mediante atracción eléctrica. También acelera el flujo de estos electrones. [ cita requerida ]
En un diodo semiconductor , el ánodo es la capa dopada con P que inicialmente suministra huecos a la unión. En la región de unión, los huecos suministrados por el ánodo se combinan con los electrones suministrados desde la región dopada con N, creando una zona agotada. A medida que la capa dopada con P suministra huecos a la región agotada, los iones dopantes negativos quedan atrás en la capa dopada con P ('P' para iones portadores de carga positivos). Esto crea una carga negativa de base en el ánodo. Cuando se aplica un voltaje positivo al ánodo del diodo desde el circuito, se pueden transferir más huecos 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). [ cita requerida ]
En la protección catódica , un ánodo metálico que es más reactivo al entorno corrosivo que el sistema metálico que se va a proteger se conecta 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 protegerse con 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 en los que 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 tipo tanque.
En 1824, para reducir el impacto de esta acción electrolítica destructiva sobre los cascos de los barcos, sus fijaciones y el equipo submarino, el científico e ingeniero Humphry Davy desarrolló el primer sistema de protección por electrólisis marina y el más utilizado hasta la actualidad. Davy instaló ánodos de sacrificio hechos de un metal más reactivo eléctricamente (menos noble) fijados 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 las estructuras de hierro (como las cercas) con una capa de metal de zinc . Mientras el zinc permanezca intacto, el hierro está protegido de los efectos de la corrosión. Inevitablemente, el recubrimiento de zinc se rompe, ya sea por agrietamiento o daño físico. Una vez que esto ocurre, los elementos corrosivos actúan como un electrolito y la combinación de zinc y hierro como electrodos. La corriente resultante asegura que el recubrimiento de zinc se sacrifique pero que el hierro base no se corroa. Este tipo de recubrimiento puede proteger una estructura de hierro durante algunas décadas, pero una vez que el recubrimiento protector se consume, el hierro se corroe rápidamente. [ cita requerida ]
Si, por el contrario, se utiliza estaño para recubrir el acero, cuando se produce una ruptura del revestimiento, en realidad se acelera la oxidación del hierro. [ cita requerida ]
Otra protección catódica se utiliza en el ánodo de corriente impresa. [11] Está hecho de titanio y cubierto con óxido de metal mixto . A diferencia de la varilla de 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. [12] Los ánodos de corriente impresa se utilizan en estructuras más grandes como tuberías, barcos, torres de agua de la ciudad, calentadores de agua y más. [13]
El opuesto de un ánodo es un cátodo . Cuando se invierte la corriente que pasa por el dispositivo, los electrodos cambian de función, de modo que el ánodo se convierte en cátodo y el cátodo en ánodo, siempre que se aplique la corriente invertida. La excepción son los diodos, en los que la denominación de los electrodos siempre se basa en la dirección de la corriente directa. [ cita requerida ]