Ένα ηλεκτρόδιο είναι ένας αγωγός που περνά ένα ηλεκτρικό ρεύμα από το ένα μέσο στο άλλο, συνήθως από μια πηγή ενέργειας σε μια συσκευή ή υλικό. Μπορεί να πάρει διάφορες μορφές, όπως σύρμα, πλάκα ή ράβδο, και είναι συνήθως κατασκευασμένο από μέταλλο, όπως χαλκό, ασήμι, μόλυβδο ή ψευδάργυρο, αλλά μπορεί επίσης να είναι κατασκευασμένο από μη μεταλλική ουσία που άγει ηλεκτρισμό, όπως ο γραφίτης. Τα ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται στη συγκόλληση, στην ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, στις μπαταρίες, στην ιατρική και στη βιομηχανία για διαδικασίες που περιλαμβάνουν ηλεκτρόλυση.
Άνοδοι και Κάθοδοι
Στην περίπτωση συνεχούς ρεύματος (DC), τα ηλεκτρόδια έρχονται σε ζεύγη και είναι γνωστά ως άνοδοι και κάθοδοι. Για μια μπαταρία ή άλλη πηγή DC, η κάθοδος ορίζεται ως το ηλεκτρόδιο από το οποίο φεύγει το ρεύμα και η άνοδος ως το σημείο όπου επιστρέφει. Για λόγους που είναι ιστορικοί και όχι επιστημονικοί, ο ηλεκτρισμός σε ένα κύκλωμα απεικονίζεται, κατά σύμβαση, να ταξιδεύει από το θετικό στο αρνητικό, έτσι ώστε να θεωρείται ως μια ροή θετικού φορτίου έξω από την κάθοδο και προς την άνοδο. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα, ωστόσο, αποτελείται από μια ροή μικροσκοπικών αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων που ονομάζονται ηλεκτρόνια, επομένως αυτή η ροή είναι στην πραγματικότητα προς την αντίθετη κατεύθυνση. Σε αυτό το πλαίσιο, είναι μάλλον καλύτερο να σκεφτόμαστε απλά με όρους θετικών και αρνητικών τερματικών.
Μέσα σε μια μπαταρία, ή ένα ηλεκτροχημικό στοιχείο, τα ηλεκτρόδια είναι κατασκευασμένα από διαφορετικά υλικά, το ένα εκ των οποίων δίνει ηλεκτρόνια πιο εύκολα από το άλλο. Διατηρούνται σε επαφή με μια αγώγιμη χημική ουσία που μπορεί να διασπαστεί σε θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα. Όταν ένα κύκλωμα ολοκληρωθεί, με άλλα λόγια, όταν η μπαταρία είναι συνδεδεμένη με μια ηλεκτρική συσκευή, όπως μια λάμπα, λαμβάνει χώρα μια αντίδραση οξειδοαναγωγής μέσα στην κυψέλη. Αυτό σημαίνει ότι το αγώγιμο χημικό κερδίζει ηλεκτρόνια στο ένα ηλεκτρόδιο – μια διαδικασία γνωστή ως αναγωγή – και τα χάνει στο άλλο – μια διαδικασία που ονομάζεται οξείδωση – με αποτέλεσμα τα ηλεκτρόνια να ρέουν ως ρεύμα γύρω από το κύκλωμα. Η αναγωγή γίνεται πάντα στην κάθοδο και η οξείδωση στην άνοδο.
Σε μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία, αυτή η διαδικασία αντιστρέφεται κατά τη φόρτιση της μπαταρίας. Ένα ηλεκτρικό ρεύμα από άλλη πηγή χρησιμοποιείται για να τροφοδοτήσει μια αντίδραση οξειδοαναγωγής προς την αντίθετη κατεύθυνση, πράγμα που σημαίνει ότι η άνοδος γίνεται κάθοδος και αντίστροφα. Εξακολουθεί να ισχύει ότι η αναγωγή λαμβάνει χώρα στην κάθοδο και η οξείδωση στην άνοδο, αλλά η κατεύθυνση του ρεύματος αντιστρέφεται, επομένως ποιο ηλεκτρόδιο είναι αρνητικό και ποιο θετικό εξαρτάται από το αν η μπαταρία παρέχει ρεύμα ή επαναφορτίζει. Μερικές φορές τα κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους με ένα ηλεκτρόδιο, το οποίο λειτουργεί ως άνοδος για το ένα στοιχείο και ως κάθοδος για το άλλο. Αυτό είναι γνωστό ως διπολικό ηλεκτρόδιο.
Στην περίπτωση εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), δεν υπάρχει διάκριση μεταξύ ανόδου και καθόδου. Αυτό συμβαίνει επειδή το ρεύμα αντιστρέφει συνεχώς την κατεύθυνση, πολλές φορές το δευτερόλεπτο. Ένα ηλεκτρόδιο που χρησιμοποιεί αυτόν τον τύπο ρεύματος θα αλλάζει συνεχώς μεταξύ αρνητικού και θετικού.
Ηλεκτρόλυση
Σε αυτή τη διαδικασία, ένα συνεχές ρεύμα ρέει μέσω ενός αγώγιμου υγρού μέσου από μια κάθοδο σε μια άνοδο, επιτρέποντας τη διεργασία αναγωγής και οξείδωσης. Αυτός είναι ένας πολύ χρήσιμος τρόπος παραγωγής ορισμένων χημικών ουσιών και, ειδικότερα, απομόνωσης χημικών στοιχείων από τις ενώσεις τους. Στην περίπτωση ορισμένων πολύ αντιδραστικών στοιχείων, είναι ο μόνος πρακτικός τρόπος για να γίνει αυτό.
Για να ληφθεί ένα δεδομένο στοιχείο, μια ιοντική ένωση αυτού του στοιχείου μπορεί να ηλεκτρολυθεί. Ένα παράδειγμα είναι η παραγωγή μετάλλου νατρίου από τηγμένο αλάτι ή χλωριούχο νάτριο. Όταν το ρεύμα ρέει, θετικά φορτισμένα ιόντα νατρίου έλκονται στο αρνητικό ηλεκτρόδιο ή κάθοδο, όπου αποκτούν ηλεκτρόνια, σχηματίζοντας μέταλλο νάτριο. Τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα χλωρίου έλκονται στην άνοδο, όπου χάνουν ηλεκτρόνια, σχηματίζοντας αέριο χλώριο, το οποίο συλλέγεται επίσης ως υποπροϊόν.
ηλεκτρολυτικής
Σε αυτή τη διαδικασία, ένα μεταλλικό αντικείμενο επικαλύπτεται με άλλο μέταλλο για να βελτιωθεί η αντίσταση στη διάβρωση ή η εμφάνισή του. Το αντικείμενο που πρόκειται να επικαλυφθεί σχηματίζει την κάθοδο σε μια διαδικασία ηλεκτρόλυσης βυθιζόμενο σε ένα διάλυμα μιας διαλυτής ένωσης του μετάλλου που θα σχηματίσει την επικάλυψη, με την άνοδο να είναι επίσης κατασκευασμένη από αυτό το μέταλλο. Όταν το ρεύμα ρέει, θετικά μεταλλικά ιόντα από το διάλυμα έλκονται στην κάθοδο και σχηματίζουν μια απόθεση πάνω της. Καθώς τα ιόντα στο διάλυμα εξαντλούνται, αντικαθίστανται από ιόντα που σχηματίζονται από την άνοδο. Μερικές φορές, η άνοδος είναι κατασκευασμένη από διαφορετικό υλικό που δεν έχει εξαντληθεί. Σε αυτή τη μέθοδο, τα μεταλλικά ιόντα πρέπει να αντικατασταθούν με συμπλήρωση του διαλύματος.
Άλλες χρήσεις
Τα ηλεκτρόδια χρησιμοποιούνται στη συγκόλληση με τόξο, μια τεχνική για τη σύνδεση δύο τεμαχίων μετάλλου χρησιμοποιώντας μεγάλο ηλεκτρικό ρεύμα. Ένα αναλώσιμο ηλεκτρόδιο λιώνει και παρέχει το υλικό που ενώνει τα μέταλλα. Ο μη αναλώσιμος τύπος είναι κατασκευασμένος από ένα υλικό με πολύ υψηλό σημείο τήξης, όπως το βολφράμιο, και απλώς παρέχει τη θερμότητα για την τήξη ενός άλλου υλικού που σχηματίζει την ένωση. Στην ιατρική, τα ηλεκτρόδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης για την εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος στην καρδιά σε μια τεχνική γνωστή ως απινίδωση. Χρησιμοποιούνται επίσης για την καταγραφή της ηλεκτρικής δραστηριότητας στον εγκέφαλο κατά τη διάρκεια ενός ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (EEG).