Solución:
Solución 1:
El ánodo es el electrodo donde se produce la reacción de oxidación.
begin align ce Rojo -> Buey + e- end align
tiene lugar mientras que el cátodo es el electrodo donde la reacción de reducción
begin align ce Buey + e- -> Rojo end align
tiene lugar. Así se definen cátodo y ánodo.
Célula galvánica
Ahora, en una celda galvánica, la reacción procede sin un potencial externo que la ayude. Dado que en el ánodo tienes la reacción de oxidación que produce electrones, obtienes una acumulación de carga negativa en el curso de la reacción hasta que se alcanza el equilibrio electroquímico. Por tanto, el ánodo es negativo.
En el cátodo, por otro lado, tiene la reacción de reducción que consume electrones (dejando iones positivos (metálicos) en el electrodo) y, por lo tanto, conduce a una acumulación de carga positiva en el curso de la reacción hasta que se alcanza el equilibrio electroquímico. alcanzó. Por tanto, el cátodo es positivo.
Celda electrolítica
En una celda electrolítica, aplica un potencial externo para hacer que la reacción vaya en la dirección opuesta. Ahora el razonamiento se invierte. En el electrodo negativo donde ha producido un potencial de electrones alto a través de una fuente de voltaje externa, los electrones son “expulsados” del electrodo, reduciendo así las especies oxidadas $ ce Ox $, porque el nivel de energía del electrón dentro del electrodo (Fermi Level) es más alto que el nivel de energía del LUMO de $ ce Ox $ y los electrones pueden reducir su energía al ocupar este orbital; tienes electrones muy reactivos, por así decirlo. Entonces, el electrodo negativo será aquel donde ocurrirá la reacción de reducción y, por lo tanto, es el cátodo.
En el electrodo positivo donde ha producido un potencial de electrones bajo a través de una fuente de voltaje externa, los electrones son “absorbidos” por el electrodo, dejando atrás la especie reducida $ ce Red $ debido al nivel de energía del electrón dentro del electrodo (Nivel de Fermi) es menor que el nivel de energía del HOMO de $ ce Red $. Entonces, el electrodo positivo será aquel donde ocurrirá la reacción de oxidación y, por lo tanto, es el ánodo.
Una historia de electrones y cascadas.
Dado que existe cierta confusión con respecto a los principios sobre los que funciona una electrólisis, intentaré una metáfora para explicarla. Los electrones fluyen desde una región de alto potencial a una región de bajo potencial de forma muy similar a como el agua cae por una cascada o fluye por un plano inclinado. La razón es la misma: el agua y los electrones pueden reducir su energía de esta manera. Ahora, la fuente de voltaje externa actúa como dos grandes ríos conectados a cascadas: uno a gran altura que conduce hacia una cascada, que sería el polo negativo, y otro a baja altura que se aleja de una cascada, que sería la ventaja. polo. Los electrodos serían como las puntas del río poco antes o después de las cascadas en esta imagen: el cátodo es como el borde de una cascada donde el agua cae y el ánodo es como el punto donde cae el agua.
Ok, ¿qué sucede en la reacción de electrólisis? En el cátodo, tienes la situación de gran altitud. Entonces los electrones fluyen hacia el “borde de su cascada”. Quieren “caer” porque detrás de ellos el río empuja hacia la orilla ejerciendo una especie de “presión”. Pero, ¿a dónde pueden caer? El otro electrodo está separado de ellos por la solución y generalmente un diafragma. Pero hay moléculas $ ce Ox $ que tienen estados vacíos que se encuentran energéticamente por debajo del electrodo. Esos estados vacíos son como pequeños estanques que se encuentran a una altitud más baja donde puede caer un poco del agua del río. Entonces, cada vez que una molécula $ ce Ox $ se acerca al electrodo, un electrón aprovecha la oportunidad para saltar hacia él y reducirlo a $ ce Red $. Pero eso no significa que al electrodo le falte repentinamente un electrón porque el río está reemplazando al electrón “expulsado” inmediatamente. Y la fuente de voltaje (la fuente del río) no puede quedarse sin electrones porque obtiene sus electrones de la toma de corriente.
Ahora el ánodo: En el ánodo, tienes la situación de baja altitud. Entonces aquí el río se encuentra más bajo que todo lo demás. Ahora puedes imaginar los estados HOMO de las moléculas $ ce Red $ como pequeños lagos de barrera que se encuentran a una altitud mayor que nuestro río. Cuando una molécula $ ce Red $ se acerca al electrodo, es como si alguien abriera las compuertas de la presa del lago barrera. Los electrones fluyen desde el HOMO hacia el electrodo creando así una molécula $ ce Ox $. Pero los electrones no se quedan en el electrodo, por así decirlo, son arrastrados por el río. Y dado que el río es una entidad tan vasta (mucha agua) y generalmente desemboca en un océano, la poca “agua” que se le agrega no cambia mucho el río. Permanece igual, inalterado, de modo que cada vez que se abre una compuerta, el agua del lago barrera caerá a la misma distancia.
Solucion 2:
El electrodo en el que tiene lugar la oxidación se conoce como ánodo, mientras que el electrodo en el que tiene lugar la reducción se llama cátodo.
Reduction -> cathode
Oxidation -> anode
Si ve que se produce una reducción de la celda galvánica en el electrodo izquierdo, el de la izquierda es el cátodo. La oxidación tiene lugar en el electrodo correcto, por lo que el correcto es el ánodo.
Mientras que en la celda electrolítica la reducción tiene lugar en el electrodo derecho, el correcto es el cátodo. La oxidación tiene lugar en el electrodo izquierdo, por lo que el izquierdo es el ánodo.
Solución 3:
No soy un experto ni un erudito, pero por lo que estoy leyendo en todas estas explicaciones, y lo que noto en la ilustración, se vuelve obvio … al menos para mí … lo que creo que puede aclarar el cambio de polaridad entre la celda galvánica y la celda electrolítica para este usuario.
Como se ha establecido y entendido, la fuente de electrones y la transferencia de iones fluye desde el polo negativo, (ánodo) y es recibida por el polo positivo (cátodo) (usando intencionalmente los términos más básicos) el ánodo es negativo aquí porque el flujo se origina DESDE el electrolito, en la bombilla, para lo cual, si las terminales de la bombilla estuvieran etiquetadas, coincidirían con el electrolito de la otra celda, ya que es la fuerza que proviene de la bombilla que empuja el flujo hacia el cátodo de la celda y el cátodo de la celda. está tirando de la bombilla.
En la celda electrolítica, el “electrolito” está tomando el papel de la bombilla de luz de la celda galvánica, ya que los electrones se ENVIAN A ella desde la fuente de energía, y no es en sí mismo la FUENTE de flujo, sino que está SUJETO a la fuerza de la fuente de flujo.
Así como el ánodo de la celda galvánica envía a la bombilla, y el electrolito está etiquetado como la carga de la celda galvánica, y transfiere su fuerza negativa entrante desde la fuente de corriente, y esto empuja a través del electrolito como el flujo DESDE la bombilla. .
Puede ser más fácil si observa que la FUENTE de energía NO es el electrolito y, técnicamente, el terminal negro de la fuente de alimentación es el ánodo VERDADERO (Enviando), y el lado rojo el Cátodo VERDADERO, (Recibiendo) pero al identificar el reactivo sustancia sumergida / rodeada por la sustancia electrolítica, el ánodo cede sus iones, que luego se agregan al cátodo que los recibe.
Por lo tanto, las etiquetas en la celda electrolítica no nombran la “fuente de flujo”, sino la reacción de las sustancias involucradas, debido a la fuerza / flujo que les impone la fuente de energía, pero no es LA fuente de energía y, por lo tanto, debe no ser etiquetados como uno … y solo hay dos opciones para etiquetarlos, y dado que no se puede cambiar en la fuente de alimentación, solo se puede cambiar en el punto de contacto con el electrolito.
Al menos esto es lo que he llegado a comprender al revisar los comentarios y las ilustraciones.
Espero sinceramente que ayude a aclarar el fundamento de la reversión de etiquetas para este usuario y cualquier otro que tenga problemas con el concepto de ser debido a que la fuente de la corriente debe etiquetarse como – Ánodo y + Cátodo … forzando el objeto que reproduce la corriente. a ser todo lo contrario a pesar de sus polos y debido a la dirección del flujo.
Solución 4:
Me refiero a esta respuesta como complemento a las respuestas anteriores.
Como ya se mencionó, en el ánodo siempre tendrás una reacción de oxidación $ mathrm ; Rojo ; longrightarrow ; Buey + e ^ – $, mientras que en el cátodo observarás la reacción de reducción $ mathrm ; Rojo ; + e ^ – longrightarrow ; Buey $.
Las reacciones de reducción y oxidación siempre están acopladas, por lo que un electrodo actúa como fuente de electrones y el otro como sumidero. En la celda galvánica, la reacción general es espontánea y la corriente fluye del ánodo al cátodo. Por otro lado, en una celda electrolítica, impulsamos la reacción en un sentido no espontáneo aplicando un potencial externo (por ejemplo, usando una fuente de alimentación).
Creo que esta imagen debería aclarar el funcionamiento de ambos tipos de células, los procesos que ocurren en cada electrodo y la convención de signos.
Aunque ilustra una reacción específica, puede generalizarlo a otros sistemas.
La fuente de la imagen es Electrólisis I en Química.LibreTexts.
Solución 5:
El (+) y (-) se refieren al flujo de electrones en la fuente de alimentación. En una celda galvánica (voltaica), la celda en sí es la fuente de alimentación. En una celda electrolítica, la celda está conectada a una fuente de alimentación externa. Entonces, si bien la designación de ánodo y cátodo está directamente relacionada con la dirección del flujo de electrones en una celda, la forma en que (+) y (-) se relacionan con el ánodo y el cátodo depende de si la reacción va hacia el equilibrio o no (en el caso de baterías recargables, ya sea que esté agotando o cargando la batería). Dependiendo de la dirección de la reacción, las etiquetas de ánodo y cátodo cambian, mientras que las etiquetas (+) y (-) permanecen iguales.
Un ejemplo ilustra esto. Aquí hay dos baterías de plomo-ácido conectadas entre sí de una manera en la que la cargada carga la vacía:
La etiqueta (+) y (-) se relaciona con la dirección en la que fluirían los electrones si se descargaran (por supuesto, la batería muerta no puede descargarse más, por lo que no podría saberlo experimentalmente). Las etiquetas de ánodo y cátodo se refieren a la situación específica. Por lo tanto, si conecta una fuente de alimentación de mayor voltaje a la batería cargada en lugar de a la batería descargada, lo cobraría más. Esto revertiría la reacción química en esa batería, y las etiquetas del ánodo y del cátodo tendrían que cambiarse.
En un escenario diferente, podría tomar dos baterías de 12 voltios y conectarlas en serie (conecte (+) de una con (-) de la otra). Esto le daría una batería de 24 voltios, y si le conecta un consumidor, el cátodo sería (+) y el ánodo sería (-) para ambos.
Para la batería de plomo-ácido, (+) y (-) nunca cambian, por lo que está bien etiquetar los electrodos de forma permanente. En una celda de concentración, (+) y (-) dependen de la concentración de especies redox en las dos mitades de las celdas, por lo que no podría etiquetarlas “con marcador permanente”.
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