Ánodo

Un ánodo suele ser un electrodo de un dispositivo eléctrico polarizado por donde entra la corriente convencional . Esto contrasta con un cátodo , que suele ser un electrodo del dispositivo por donde sale la corriente convencional. Una regla mnemotécnica común es ACID, por corriente de ánodo hacia 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 pila galvánica hacia un circuito externo conectado a la pila. Por ejemplo, el extremo de una pila doméstica marcado con un + es el cátodo (durante la descarga).

Tanto en una celda galvánica como en una electrolítica , el ánodo es el electrodo donde tiene lugar la reacción de oxidación . En una celda galvánica, el ánodo es el alambre o placa que presenta un exceso de carga negativa como resultado de la reacción de oxidación. En una celda electrolítica , el ánodo es el alambre o placa sobre la que se impone un exceso de carga positiva. ^{[ 2 ]} Como consecuencia, los aniones tenderán a desplazarse hacia el ánodo, donde se oxidarán.

Históricamente, el ánodo de una celda galvánica también se conocía como zincodo porque generalmente estaba compuesto de zinc. ^{[ 3 ] [ 4 ] : págs. 209, 214}

Los términos ánodo y cátodo no se definen por la polaridad del voltaje de los electrodos, sino generalmente por la dirección de la corriente que los atraviesa. Un ánodo suele ser el electrodo de un dispositivo por donde fluye la corriente convencional (carga positiva) hacia el dispositivo desde un circuito externo, mientras que un cátodo suele ser el electrodo por donde fluye la corriente convencional hacia afuera del dispositivo.

En general, si la corriente a través de los electrodos invierte su dirección, como ocurre, por ejemplo, en una batería recargable cuando se está cargando, los roles de los electrodos como ánodo y cátodo se invierten. ^{[ 5 ]} Sin embargo, la definición de ánodo y cátodo es diferente para dispositivos eléctricos como diodos y tubos de vacío donde la denominación de los electrodos es fija 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 según la dirección de esta corriente directa . En un diodo, el ánodo es el terminal por donde entra la corriente y el cátodo es el terminal por donde 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 termiónicamente hacia el tubo evacuado, por lo que los electrones solo pueden entrar 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. ^{[ 5 ]}

La corriente convencional depende no solo de la dirección en la que se mueven los portadores de carga , sino también de su carga eléctrica . Las corrientes que circulan fuera del dispositivo suelen ser transportadas por electrones en un conductor metálico. Dado que los electrones tienen carga negativa, la dirección del flujo de electrones es opuesta a la de la corriente convencional. Por consiguiente, los electrones salen del dispositivo a través del ánodo y entran a través del cátodo. ^{[ 5 ]}

La polaridad del voltaje 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 suministra energía y positivo en un dispositivo que la consume:

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 el interior de la celda. Esta corriente entrante es transportada externamente por electrones que se mueven hacia el exterior.

En una batería recargable, o celda electrolítica , el ánodo es el terminal positivo impuesto por una fuente externa de diferencia de potencial. La corriente que circula por una batería recargable tiene dirección opuesta a la de la descarga; en otras palabras, el electrodo que era el cátodo durante la descarga se convierte en el ánodo mientras la batería se está recargando. ^{[ 6 ]}

En ingeniería de baterías, es común designar un electrodo de una batería recargable como ánodo y el otro como cátodo, según la función que desempeñan cuando la batería se descarga. Esto se aplica a pesar de que las funciones se invierten cuando la batería se carga. En este caso, el ánodo simplemente designa el terminal negativo de la batería y el cátodo , el terminal positivo.

En un diodo , el ánodo es el terminal representado por la cola de la flecha (el lado plano del triángulo), por donde fluye la corriente convencional hacia el dispositivo. Cabe destacar que la nomenclatura de los electrodos en los diodos siempre se basa en la dirección de la corriente directa (la de la flecha, en la que la corriente fluye con mayor facilidad ), incluso en tipos como los diodos Zener, donde la corriente de interés es la inversa.

En los tubos de vacío o tubos llenos de gas , el ánodo es el terminal por donde entra la corriente al tubo. ^{[ 7 ]}

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 de electrólisis recientemente descubierto . 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 parece moverse el sol", el ánodo es donde la corriente entra al electrolito, en el lado este: " ano hacia arriba, odos un camino; el camino por donde sale el sol". ^{[ 8 ] [ 9 ]}

El uso de «Este» para referirse a la dirección de entrada (en realidad , «en » → Este → amanecer → arriba ) puede parecer forzado. Anteriormente, como se relata en la primera referencia citada, Faraday había utilizado el término más directo «eisode» (la puerta por donde entra la corriente). Su motivación para cambiarlo a algo que significara 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 se desconocía en ese momento. La referencia que utilizó para este efecto fue la dirección del campo magnético terrestre, que en ese momento se creía invariable. Definió fundamentalmente su orientación arbitraria para la célula 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 de latitud local, lo que induciría un campo dipolar magnético orientado como el de la Tierra. Esto hacía que la corriente interna fluyera de este a oeste, como se mencionó anteriormente, pero en caso de un cambio posterior en la convención, habría pasado a fluir de oeste a este, de modo que el electrodo este ya no sería la entrada . Por lo tanto, el término eisode se habría vuelto inapropiado, mientras que el ánodo, que significa electrodo este, habría permanecido correcto con respecto a la dirección inalterada del fenómeno real subyacente a la corriente, entonces desconocido pero, según él, 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 terrestre 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 basaba el término eisode no tiene razón para cambiar en el futuro.

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 (hacia arriba) de salida de la celda (u otro dispositivo) para los electrones.

En electroquímica , el ánodo es donde ocurre la oxidación y es el contacto de polaridad positiva en una celda electrolítica . ^{[ 10 ]} En el ánodo, los aniones (iones negativos) son forzados por el potencial eléctrico a reaccionar químicamente y liberar electrones (oxidación) que luego fluyen hacia arriba y hacia el circuito impulsor. Mnemotecnia : LEO Red Cat (Pérdida de electrones es oxidación, la reducción ocurre en el cátodo), o AnOx Red Cat (Oxidación en el ánodo, reducción en el cátodo), o OIL RIG (Oxidación es pérdida, reducción es ganancia de electrones), o Roman Catholic and Orthodox (Reducción: cátodo, ánodo: oxidación), o LEO the lion says GER (Perder electrones es oxidación, ganar electrones es reducción).

Este proceso se utiliza ampliamente 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 adecuada (como ácido sulfúrico ) para obtener cátodos de alta pureza (99,99%). Los cátodos de cobre producidos mediante este método también se denominan cobre electrolítico .

Históricamente, cuando se buscaban ánodos no reactivos para la electrólisis, se elegían el grafito (conocido como plumbago en la época de Faraday) o el platino. ^{[ 11 ]} Se descubrió que eran algunos de los materiales menos reactivos para 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. ^{[ 12 ]}

En una batería o celda galvánica , el ánodo es el electrodo negativo desde el cual los electrones fluyen hacia la parte externa del circuito. Internamente, los cationes con carga positiva fluyen alejándose del ánodo (aunque este sea negativo y, por lo tanto, se esperaría que los atrajera, esto se debe a que el potencial del electrodo con respecto a la solución electrolítica es diferente para los sistemas metal/electrolito del ánodo y del 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 cabría esperar.

Los fabricantes de baterías pueden considerar el electrodo negativo como el ánodo, ^{[ 13 ]} particularmente en su literatura técnica. Si bien desde un punto de vista electroquímico es incorrecto, resuelve el problema de qué electrodo es el ánodo en una celda secundaria (o recargable). Según la definición tradicional, el ánodo cambia de extremo entre los ciclos de carga y descarga. ^{[ 14 ]}

En 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 positiva cargada que recoge los electrones emitidos por el cátodo mediante atracción eléctrica. También acelera el flujo de estos electrones. ^{[ 15 ]}

En un diodo semiconductor , el ánodo es la capa dopada con tipo P , que inicialmente suministra huecos a la unión. En la región de la unión, los huecos suministrados por el ánodo se combinan con los electrones suministrados por la región dopada con tipo N , creando una zona de agotamiento. A medida que la capa dopada con tipo P suministra huecos a la región de agotamiento, quedan iones dopantes negativos en dicha capa (la "P" indica iones portadores de carga positiva). Esto crea una carga negativa 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 de agotamiento, lo que provoca 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 ambas direcciones, dependiendo de la polaridad del potencial aplicado (es decir, el voltaje). ^{[ 16 ]}

En la protección catódica , un ánodo metálico, más reactivo al entorno corrosivo que el sistema metálico a proteger, se conecta eléctricamente a dicho sistema. Como resultado, el ánodo se corroe o 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 disuelve en el agua de mar e impide la corrosión del casco. Los ánodos de sacrificio son especialmente necesarios en sistemas donde se genera una carga estática por la acción de líquidos en movimiento, como tuberías y embarcaciones. También se utilizan habitualmente 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 subacuáticos, el científico e ingeniero Humphry Davy desarrolló el primer sistema de protección contra la electrólisis marina, que aún hoy es el más utilizado. Davy instaló ánodos de sacrificio fabricados con un metal más reactivo eléctricamente (menos noble), fijados al casco del buque y conectados eléctricamente para formar un circuito de protección catódica.

Un ejemplo menos obvio de este tipo de protección es el proceso de galvanizado del hierro. Este proceso recubre las estructuras de hierro (como las cercas) con una capa de zinc . Mientras el zinc permanezca intacto, el hierro está protegido de la corrosión. Inevitablemente, el recubrimiento de zinc se daña, ya sea por agrietamiento o por daños físicos. Una vez que esto ocurre, los elementos corrosivos actúan como electrolito y la combinación zinc/hierro como electrodos. La corriente resultante garantiza que el recubrimiento de zinc se consuma, pero que el hierro base no se corroa. Este recubrimiento puede proteger una estructura de hierro durante algunas décadas, pero una vez que se consume, el hierro se corroe rápidamente. ^{[ 17 ]}

Si, por el contrario, se utiliza estaño para recubrir el acero, cuando se produce una rotura en el recubrimiento, en realidad acelera la oxidación del hierro. ^{[ 18 ]}

Otro tipo de protección catódica se utiliza en el ánodo de corriente impresa. ^{[ 19 ]} Está hecho de titanio y recubierto 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. ^{[ 20 ]} Los ánodos de corriente impresa se utilizan en estructuras de mayor tamaño, como tuberías, barcos, torres de agua potable, calentadores de agua y más.

El opuesto de un ánodo es un cátodo . Cuando se invierte la corriente que atraviesa el dispositivo, los electrodos intercambian sus funciones, de modo que el ánodo se convierte en cátodo y el cátodo en ánodo, siempre que se aplique la corriente inversa. La excepción son los diodos, donde la nomenclatura de los electrodos siempre se basa en la dirección de la corriente directa. ^{[ 21 ]}

• Anodizado
• Ánodo galvánico
• Tubo lleno de gas
• Célula primaria
• Redox (reducción-oxidación)

• Cómo definir ánodo y cátodo