阴极和阳极这两个术语用来指极化电气设备的端子。阳极和阴极的主要区别在于,一般来说,阳极是(常规)电流从外部流入设备的终端,而阴极是(常规)电流从设备流出的终端。然而,在某些情况下并没有严格遵循这种用法,因为当一个设备能够经历可逆过程时,被称为“阳极”的同一终端现在可以被称为“阴极”。毫无疑问,这可能会导致混淆,因此建议适应特定领域的一般用法。在本文中,我们将研究使用这些术语的几个场景,并根据这些设备中发生的进程来探讨它们的用法。
阳极是(常规)电流从外部流入设备的终端。这意味着电子从阳极流出。
阴极是(常规)电流从器件中流出的终端。这意味着电子从外部流入这个终端。
原电池的设置如下所示:
A Galvanic cell
在原电池中,一个电极的还原电位比另一个高。还原电位越高的电极获得电子的能力越强,因此电子从另一个电极流入。在上面画的电池中,铜比锌有更高的还原电位,所以它从锌电极上吸收电子。这伴随着两种反应。在锌电极上,锌分解成Zn2+离子和电子。换句话说,锌被氧化(失去电子)。
锌失去的电子通过导线流到铜电极上。在这里,进入的电子与Cu2+离子结合形成铜原子。铜正在被还原(它获得电子):
在这里,电子从锌端子“流出”器件,所以传统的电流在这里流入器件。这使得锌终端成为阳极。传统的电流从器件的铜端流出,使铜成为阴极。当一个设备使用氧化还原反应时,发生氧化的终端是阳极,发生还原的电极是阴极。这与上面的描述一致:锌(阳极)被氧化,铜(阴极)被还原。
在电解槽中,电源用来在含有离子的液体中产生电流。例如,我们将研究当两个电极被放入熔融氯化钠(NaCl,或普通盐)样品中时会发生什么。
Electrolysis of molten sodium chloride
The electrode connected to the positive terminal of the battery attracts the ani***. Here, these i*** give off their electr***, forming chlorine gas.
在连接到负极的电极上,正钠离子获得电子,形成钠原子:
Here, the terminal that draws current into the device is the electrode connected to the positive terminal of the battery. Therefore, this is the anode. i*** lose their electr*** here, so this is c***istent with the idea that oxidation happens at the anode. Sodium forms at the other electrode where i*** are reduced. Current flows out of the device from this terminal. Therefore, this terminal forms the cathode.
以上两个例子应该说明,术语阳极和阴极不是指特定的电位,而是指电流如何在装置中流动。例如,原电池中的“正”电极是它的“阴极”,而电解时的“正”电极是它的“阳极”。
根据电流是从外部流入端子,还是从端子流出到外部,可以给端子命名“阳极”和“阴极”。然而,由于电流在不同情况下的流动方式可能完全不同,将这些术语的用法从一种情况转换到另一种情况可能会令人困惑。因此,可能有必要首先检查情况,以便正确使用术语。如果可能的话,应该使用替代的,不那么模棱两可的术语(视情况而定)。我们讨论了电化学中的两个特殊例子,但术语“阳极”和“阴极”也用于许多其他领域。下面的摘要部分还提到了一些例子。
通常,电流从外部流入阳极。
阴极使电流从装置中流出。这意味着在器件外部,电子从阳极流向阴极。
在依赖氧化还原反应的器件中,氧化发生在阳极上。
而还原发生在阴极。
在原电池和电解电池中,阴极吸引阳离子并将其氧化。
阳极吸引负离子并将其还原。
阳极在电解中形成正极
阴极在原电池中形成负极。
在电子枪和X射线管中,向器件发射电子的部分形成阴极。
在装置内部,阳极收集电子。
当正常的二极管以正向偏压连接时,正极是p侧,p侧是连接到电池正极的一侧(它从电池吸取电流)。类似地,阴极形成n侧。
尽管在齐纳二极管中,当电流反向偏压时,端子的名称应该是反向的,但是p侧仍然被称为“阳极”,即使从技术上讲,它向外部提供电流。这是一个值得注意的例外,并强调了为什么在可能的情况下应避免使用术语“阳极”和“阴极”(在这种情况下,最好将侧称为p侧和n侧)。
当电池**商将可充电电池的负极端子标记为“阳极”时,另一个混淆的来源就出现了。当电池放电时,术语起作用。然而,从技术上讲,当电池充电时,术语也应该颠倒过来。
参考文献:
丹克,J(2004). 如何定义阳极和阴极。2015年10月1日检索自Welcome to Av8n.com
Image Courtesy:
“Galvanic cell diagram” by Ohio standard (Transferred from en.*********; transferred to Comm*** by User:Burpelson AFB using Comm***Helper) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Comm***
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