在原電池中,陽極被認為是負極,陰極被認為是正極。這似乎是合理的,因為陽極是電子的來源,陰極是電子流動的地方。
但是,在電解池中,陽極被視為正,而陰極現在為負。但是,反應仍然相似,陽極的電子流向電池的正極,而電池的電子流向陰極。
那為什麼陰極和陽極的符號會切換在考慮電解池時?
在原電池中,陽極被認為是負極,陰極被認為是正極。這似乎是合理的,因為陽極是電子的來源,陰極是電子流動的地方。
但是,在電解池中,陽極被視為正,而陰極現在為負。但是,反應仍然相似,陽極的電子流向電池的正極,而電池的電子流向陰極。
那為什麼陰極和陽極的符號會切換在考慮電解池時?
陽極是發生氧化反應的電極
\ begin {align} \ ce {Red -> Ox + e-} \ end {align}
陰極是發生還原反應
\ begin {align} \ ce {Ox + e- -> Red} \ end {align}
的電極。這就是定義陰極和陽極的方式。
原電池
現在,在原電池中,反應在沒有外部電位幫助的情況下進行。由於在陽極上發生的氧化反應會產生電子,因此在反應過程中會形成負電荷,直到達到電化學平衡為止。因此,陽極為負。
另一方面,在陰極,您發生還原反應,該反應消耗電子(在電極上留下正(金屬)離子),從而導致堆積在反應過程中帶正電荷直到達到電化學平衡。因此,陰極為正極。
電解池
在電解池中,您施加外部電勢以強制反應朝相反的方向進行。現在推理是相反的。在通過外部電壓源產生高電子電位的負電極上,電子被“推出”電極,從而減少了氧化物質$ \ ce {Ox} $,因為電極內的電子能級(Fermi能級)高於LUMO的能級\\ ce {Ox} $,電子可以通過佔據此軌道來降低其能量-可以說,您的電子具有很高的反應性。因此,負極將是發生還原反應的負極,因此它是正極。
在通過外部電壓源產生低電子電位的正電極上,電子被“吸入”電極,留下了還原物種$ \ ce {Red} $,因為電極內部的電子能級(費米能級)低於$ \ ce {Red} $的HOMO能級。因此,正極將是發生氧化反應的正極,因此是陽極。
關於電子和瀑布的故事
關於電解原理的一些困惑,我將嘗試用一個隱喻來解釋。電子從高電勢區域流向低電勢區域,就像水從瀑布流下或從傾斜平面流下一樣。原因是相同的:水和電子可以通過這種方式降低能量。現在,外部電壓源就像兩條與瀑布相連的大河一樣:一條在高海拔處通往瀑布-將是負極-在一條低海拔處遠離瀑布-這將是加極。電極就像這張圖中的瀑布之前或之後的河流點:陰極就像瀑布的邊緣,水在那滴下,而陽極像瀑布的水。 > 好的,電解反應會發生什麼?在陰極,您處於高海拔狀態。因此,電子流向“瀑布邊緣”。他們想“倒下”,因為在他們身後,河流正向邊緣施加某種“壓力”。但是他們會跌落到哪裡呢?另一個電極通過溶液(通常是隔膜)與它們隔開。但是有些\\ ce {Ox} $分子的空態在能量上位於電極的下方。那些空曠的狀態就像是低海拔的小池塘,河水會掉入其中。因此,每當這樣的一個\ ce {Ox} $分子靠近電極時,電子就會抓住機會跳到電極上並將其還原為$ \ ce {Red} $。但這並不意味著電極突然失去電子,因為河流立即替換了“推出”的電子。電壓源(河流的源頭)不能耗盡電子,因為它是從電源插座中獲取電子的。
現在是陽極:在陽極,您處於低海拔狀態。所以這條河比其他任何地方都低。現在,您可以想像$ \ ce {Red} $分子的HOMO狀態是位於比我們的河流更高的高度的小障礙湖。當一個\ ce {Red} $分子靠近電極時,就像有人打開了堰塞湖大壩的閘門一樣。電子從HOMO流入電極,從而形成一個\ ce {Ox} $分子。但是電子不會停留在電極中,可以這麼說,它們被河帶走了。而且由於河流是如此之大(很多水),並且通常流入海洋,因此添加到其中的少量“水”不會對河流產生太大的改變。它保持不變,沒有改變,因此每次打開閘門時,屏障湖的水都會下降相同的距離。
發生氧化的電極稱為陽極,而發生還原的電極稱為陰極。
還原->陰極氧化->陽極
如果您看到原電池還原發生在左側電極上,那麼左側是陰極。氧化發生在右邊的電極上,因此右邊的是陽極。
電解槽中的還原發生在右邊的電極上,因此右邊的是陰極。氧化發生在左電極,所以左電極是陽極。
我既不是專家也不是學者,但是從我在所有這些解釋中所閱讀的內容以及從插圖中我注意到的內容來看,這很明顯……至少對我而言……我認為可以澄清對於該用戶,原電池與電解電池之間的極性變化。
根據已建立並了解的,電子源和離子轉移從負極(陽極)流出,並由正極接收(陰極)(有意使用最基本的術語)在這裡陽極是負的,因為電流是從電解液流到燈泡的,如果燈泡的端子被標記,它們將與另一個電池中的電解液匹配,如是來自燈泡的力將流體推向電池的陰極,而電池的陰極則從燈泡中拉出。
在電解池中,“電解質”起著燈泡的作用電流電池,因為電子是從電源發送給它的,而不是本身是流量的來源,但要受來自流量源的力的影響。
SO就像原電池的陽極發送到燈泡一樣,電解液像原電池的負載一樣被標記,並從電流源傳遞其傳入的負力,從而推動電解液通過
如果您注意到電源不是電解質,那麼從技術上講,電源的黑色端子是TRUE陽極(發送),並且紅色的部分是TRUE陰極(接收),但是當識別被電解液浸沒/包圍的反應性物質時,陽極會放棄其離子,然後將其添加到接收它們的陰極中。
因此,電解池中的標籤未命名為“電流源”,而是所涉及物質的反應,這歸因於電源施加的力/電流,而不是電源,因此,不應將其標記為AS ...,並且只有兩種選擇來標記它們,並且由於不能在電源上進行更改,因此只能在與電解液接觸的位置進行更改!
至少我是通過閱讀評論和插圖來了解的。
我真誠地希望它有助於為該用戶和其他用戶澄清標籤反轉的理由。由於必須將電流源標記為-陽極和+陰極...而使該概念處於掙扎狀態,這迫使受力對象的電流是相反的,儘管它們的極性和流動方向不同。
我的意思是說,這個答案是對先前答案的補充。
正如已經討論過的那樣,在陽極中,您總是會發生氧化反應 $ \ mathrm {\;紅色\; \ longrightarrow \; Ox + e ^-} $ span>,而在陰極中,您會觀察到還原反應 $ \ mathrm {\; Red \; + e ^-\ longrightarrow \;氧} $ span>。
還原反應和氧化反應始終是耦合的,因此一個電極充當電子源,另一個電極充當宿。在原電池中,整個反應是自發的,電流從陽極流向陰極。另一方面,在電解池中,我們通過施加外部電勢(例如,使用電源)以非自發的方式驅動反應。
我認為這張圖片應該使操作清楚
這兩種電池的類型,在每個電極上發生的過程以及符號約定。您可以將其推廣到其他系統。
圖像的來源是Chemistry.LibreTexts的 Electrolysis I。
(+)和(-)是指電源中電子的流動。在原電池(伏打)中,電池本身就是電源。在電解池中,該池連接到外部電源。因此,雖然陽極和陰極的名稱直接與電池中電子流的方向相關,但(+)和(-)與陽極和陰極的關係取決於反應是否達到平衡(在這種情況下)充電電池,無論您是要耗盡電池還是在給電池充電)。根據反應的方向,陽極和陰極的標記會發生變化,而(+)和(-)標記保持不變。
一個例子說明了這一點。這裡有兩個鉛酸電池以某種方式連接在一起其中帶電的一個為空的一個充電:
(+)和(-)標記與電子在下列情況下的流動方向有關:它們正在放電(當然,沒電的電池無法進一步放電,因此您無法通過實驗判斷出來)。陽極和陰極標籤參考具體情況。因此,如果將較高電壓的電源連接到已充電的電池,而不是用完的電池,則需要進一步充電。這將逆轉該電池中的化學反應,並且必須切換陽極和陰極標籤。
在另一種情況下,您可以帶兩個12伏電池並串聯連接(連接(+ )與另一個(-)之一)。這將為您提供24伏的電池,如果您將其連接到消費電池,則兩者的陰極均為(+),陽極為(-)。
對於鉛酸電池,( +)和(-)永不改變,因此可以永久性地標記電極。在濃縮池中,(+)和(-)取決於兩個半池中氧化還原物質的濃度,因此您不能用“永久標記”標記它們。
陽極是發生氧化半反應的電極。
在原電池中,反應是自發的,沒有施加外部電勢,當陽極材料被氧化時,使陽極成為負極。在電解池中,是外部電位驅動反應,陽極是發生氧化反應的電極,因此這次是具有正電位的電極。
我只是添加了一個很好的助記符工具來記住命名約定:
陽極 == anabasis (來自希臘語ana =“ upward”, bainein =“邁步或前進”),電子將從電極向上到達導線= 氧化。
Xenophon, Anabasis,“進行中的國家”
陰極 == 陰極風(向下的路程),電子將從導線向下移動到電極= 還原
“絕熱/催化”一詞在其他領域也有應用。例如。氣象學中的絕熱/ th火過程是與空氣的向上/向下對流有關的過程,例如在第二類冷鋒的前側和後側。