الکترود چیست؟

الکترود، هادی الکتریکی است که در تماس مستقیم با الکترولیت است. در الکترود، انتقال حامل‌های بار الکتریکی (الکترون‌ها یا یون‌ها) از جامد به محلول‌های الکترولیت، مذاب، و همچنین به گازها یا در خلاء انجام می‌شود. الکتروشیمیدانان اغلب به الکترودها به عنوان کل سیستم متشکل از یک هادی الکتریکی (به عنوان مثال سیم پلاتین) و یک محلول الکترولیت (مانند محلول اسید) اشاره می کنند. الکترودها برای تامین یا تخلیه جریان الکتریکی در مواد مختلف به عنوان مثال در محلول های الکترولیت، مذاب ها، گازها یا اتاق های تخلیه شده استفاده می شوند. شیمیدانان و فیزیکدانان در کار خود به الکترودهای متفاوتی نیاز دارند، بنابراین تعاریف الکترود در دو علم طبیعی متفاوت است. در الکتروشیمی، الکترودها جامدات رسانایی هستند که در تماس مستقیم با الکترولیت هستند. انتقال حامل های بار الکتریکی (الکترون ها یا یون ها) از جامد به الکترولیت در الکترود انجام می شود یا بالعکس. در الکتروشیمی-بر خلاف فیزیک- انتقال حامل بار همیشه با یک متابولیسم (کاهش یا اکسیداسیون) همراه است.

الکترودی که اکسیداسیون روی آن اتفاق می افتد همیشه آند نامیده می شود. در واکنش‌های الکترودی خود به خودی (فرایندهای گالوانیکی) آند منفی است، در واکنش‌های الکترود غیر خود به خودی (فرایندهای الکترولیتی) آند دارای بار مثبت است. الکترودی که بر روی آن احیا صورت می گیرد کاتد نامیده می شود. این نشان دهنده قطب مخالف آند است، به طوری که شارژ آن نیز بستگی به این دارد که آیا آن متعلق به یک سلول گالوانیکی است یا یک سلول الکترولیتی.
الکتروشیمیدانان اغلب به الکترودها به عنوان کل سیستم متشکل از یک هادی الکتریکی (به عنوان مثال سیم پلاتین) و یک محلول الکترولیت (مانند محلول اسید) اشاره می کنند. دو سیستم از این قبیل یک سلول الکتروشیمیایی را تشکیل می دهند و به همین دلیل نیم سلول نیز نامیده می شوند.

فرآیندهای گالوانیکی

در فرآیندهای گالوانیکی، انرژی شیمیایی مواد واکنش دهنده به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. واکنش های الکترود خود به خودی هستند. سلول های گالوانیکی مانند عنصر دانیل یا پیل سوختی مدرن می توانند برای تولید انرژی استفاده شوند. نمونه‌هایی نیز باتری‌هایی هستند که برای راه‌اندازی چراغ قوه، پخش‌کننده سی‌دی و سایر دستگاه‌های الکتریکی استفاده می شوند.

فرآیندهای الکترولیتی

در الکترولیز، یک واکنش شیمیایی با اعمال یک ولتاژ مستقیم انجام می شود. انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی تبدیل می شود. الکترولیز معکوس، یک فرآیند گالوانیکی است. این فرایند نقش مهمی در تولید کلر، سود سوزآور، آلومینیوم و سایر مواد در صنایع شیمیایی دارد. شارژ باتری ها، به عنوان مثال:برای تلفن همراه یا ماشین یک فرآیند الکترولیتی است. از طرف دیگر، فرآیند تخلیه یک فرآیند گالوانیکی است (شکل 1).

بسته به کاربرد مورد نظر، الکترودها به صورت میله، صفحه، دیسک، سیلندر ساخته می شوند. اندازه آنها بین چند میکرومتر و سیلندرهایی با وزن چندین تن در الکترولیز نمک ذوب شده آلومینیوم متفاوت است.

الکترودهای ویژه در فیزیک

در فیزیک و در مهندسی برق، الکترودها عمدتاً برای انتقال جریان در مدارها استفاده می شوند. برخی از الکترودهای ویژه برای تولید جریان های قوی یا تشعشعات الکترومغناطیسی با طول موج های خاص استفاده می شوند. برخی از الکترودهای ذکر شده در زیر را می توان در دستگاه های آنالیز شیمیایی (مانند طیف سنج ها) نیز یافت. در لوله های الکترونی، از کاتدها برای انتشار الکترون استفاده می شود. بسته به هدف مورد نظر، الکترود مورد استفاده در این لوله ها ممکن است ویژگی های خاصی داشته باشد (شکل 2).

کاتدهای نوک تیز اغلب کاتدهای انتشار میدانی هستند. با این نوع کاتد، قدرت میدان الکتریکی نزدیک نوک فلز به مقادیر بسیار بالایی می رسد. در نتیجه، الکترون‌ها از فلز کاتد ساطع می‌شوند و به‌عنوان حامل‌های بار آزادانه قابل حرکت در دسترس هستند. به اصطلاح کاتدهای داغ با استفاده از تابش درخشش کار می کنند. یا کاتد داغ توسط یک سیم پیچ گرمایش جداگانه گرم می شود یا به گونه ای طراحی شده است که در حین کار، لوله به اندازه کافی داغ شود تا اثر الکتریکی درخشان بر روی سطح آن ایجاد شود. در فتوسل ها، کاتدها با تابش نور تحریک می شوند تا الکترون ساطع کنند (شکل3).