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 (con carga negativa) 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 se oxidarán.
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. [ cita necesaria ]
Conventional current depends not only on the direction the charge carriers move, but also the carriers' electric charge. The currents outside the device are usually carried by electrons in a metal conductor. Since electrons have a negative charge, the direction of electron flow is opposite to the direction of conventional current. Consequently, electrons leave the device through the anode and enter the device through the cathode.[citation needed]
The definition of anode and cathode is different for electrical devices such as diodes and vacuum tubes where the electrode naming is fixed and does not depend on the actual charge flow (current). These devices usually allow substantial current flow in one direction but negligible current in the other direction. Therefore, the electrodes are named based on the direction of this "forward" current. In a diode the anode is the terminal through which current enters and the cathode is the terminal through which current leaves, when the diode is forward biased. The names of the electrodes do not change in cases where reverse current flows through the device. Similarly, in a vacuum tube only one electrode can emit electrons into the evacuated tube due to being heated by a filament, so electrons can only enter the device from the external circuit through the heated electrode. Therefore, this electrode is permanently named the cathode, and the electrode through which the electrons exit the tube is named the anode.[citation needed]
The polarity of voltage on an anode with respect to an associated cathode varies depending on the device type and on its operating mode. In the following examples, the anode is negative in a device that provides power, and positive in a device that consumes power:
In a discharging battery or galvanic cell (diagram on left), the anode is the negative terminal: it is where conventional current flows into the cell. This inward current is carried externally by electrons moving outwards.[citation needed]
In a recharging battery, or an electrolytic cell, the anode is the positive terminal imposed by an external source of potential difference. The current through a recharging battery is opposite to the direction of current during discharge; in other words, the electrode which was the cathode during battery discharge becomes the anode while the battery is recharging.[citation needed]
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. [ cita necesaria ]
En los tubos de vacío o tubos llenos de gas , el ánodo es el terminal por donde entra la corriente al tubo. [ cita necesaria ]
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. [ cita necesaria ]
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". [ cita necesaria ]
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. [ cita necesaria ]
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 pila galvánica, a diferencia de lo que ocurre en una pila 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. [ cita necesaria ]
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. [ cita necesaria ]
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). [ cita necesaria ]
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. [ cita necesaria ]
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. [ cita necesaria ]
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 invertida. La excepción son los diodos donde la denominación de los electrodos siempre se basa en la dirección de la corriente directa. [ cita necesaria ]