Ânodo

Um ânodo (chamado também de anódio ou anodo) é um elétrodo através do qual a carga elétrica positiva flui para o interior de um dispositivo elétrico polarizado. A corrente convencional descreve o sentido do movimento de portadores de carga positivos (que não têm existência real: existem apenas por convenção), que tem o sentido inverso ao da corrente real, que corresponde ao movimento dos elétrons (cargas negativas, reais). Por isso, em resumo, ânodo é o pólo por onde entra a corrente convencional e por onde saem os elétrons. O elétrodo em que a corrente (convencional) flui de forma inversa, ou seja, para o exterior do dispositivo, chama-se cátodo.

Diagrama de um ânodo de zinco numa célula galvânica. Os eletrões movem-se para o exterior da célula, e a corrente convencional move-se no sentido oposto.

Historia

Etimologicamente, a palavra deriva do grego anodos ("subida"), referindo-se à partida "ascendente" dos electrões.e foi criado em 1834 por William Whewell, um polímato inglês, cientista, padre anglicano, filósofo, teólogo e historiador de ciência do final do século XVIII e século XIX, a pedido do físico e químico inglês Michael Faraday, seu contemporâneo, que o contactou para elaborar novas designações que seriam necessárias para completar o seu artigo sobre o processo de electrólise, entretanto descoberto.

Polaridade

A polaridade do ânodo em relação ao cátodo pode ser positiva ou negativa, dependendo da forma como o dispositivo funciona. De facto, como os iões negativos são chamados de aniões, há a tendência para se associar a palavra "ânodo" ao pólo negativo (ou ao positivo, se pensarmos que este atrai os iões negativos), contudo a polaridade do ânodo depende da forma como se está a interpretar a corrente elétrica na célula electroquímica onde esta tem origem, e que pode ser galvânica ou electrolítica. Assim, o ânodo é positivo num dispositivo que consome energia e é negativo num dispositivo que fornece energia.

Utilização

• Numa bateria que esteja a descarregar ou numa célula galvânica, o ânodo é o terminal negativo porque é onde a corrente convencional flui para dentro do dispositivo (isto é, a bateria). Esta corrente em direção ao interior é suportada externamente pela saída de eletrões: o movimento de cargas negativas num sentido corresponde ao fluxo da corrente positiva em sentido contrário.
• Numa bateria que esteja a recarregar, ou numa célula eletrolítica, o ânodo é o terminal positivo, que recebe corrente (convencional) de um gerador externo. A corrente numa bateria a recarregar tem sentido oposto ao da corrente durante a descarga, ou seja, por outras palavras, o elétrodo que era o cátodo durante a descarga da bateria passa a ser o ânodo durante a recarga.
• Num díodo, o ânodo é o terminal positivo na base do triângulo que forma a seta no diagrama esquemático que o simboliza, por onde a corrente flui para o dispositivo. A nomenclatura usada para os díodos baseia-se sempre na direção da corrente direta (ou, seja, a da seta, por onde a corrente flui mais facilmente), mesmo em tipos como os díodos de Zener ou as células fotovoltaicas onde a corrente que interessa é a corrente reversa.
• Em tubos de vácuo (incluindo o tubo de raios catódicos), ânodo é o terminal positivo, com deficiência de eletrões, isto é, por onde os eletrões abandonam o dispositivo.

Ânodos em Pilhas

Pilha elétrica, célula galvânica, pilha galvânica ou ainda pilha voltaica é um dispositivo onde têm-se dois elétrodos que são constituídos geralmente de metais diferentes, que fornecem a superfície na qual ocorrem as reações de oxidação e redução.

Ânodo: é o polo da pilha que sofre o processo de oxidação, ou seja, aquele que perde os elétrons.

Algumas pilhas existentes

Pilha de Daniell

Na plha de Daniell,temos um Ânodo de zinco(formado por uma placa) imerso em uma solução formada por água e sulfato de zinco (ZnSO4). A placa de zinco, ao sofrer oxidação, libera elétrons, formando o cátion Zn+2, que permanece na solução. Com isso, a placa tem seu tamanho diminuído e a solução fica com excesso de cátions.

Pilha comum (pilha de Leclanché)

A pilha de Leclanché, pilha seca, ou popularmente pilha comum, é um tipo de pilha inventada pelo engenheiro francês Georges Leclanché, em 1866. As pilhas secas são utilizadas para fornecer energia elétrica para equipamentos que requerem descargas elétricas leves e contínuas, como controle remoto, relógio de parede, rádio portátil, lanternas, gravadores ou brinquedos eletrônicos.

O Ânodo da pilha comum é formada por um cilindro de zinco metálico,separado dos demais componentes quimicos por um papel poroso.

Pilha alcalina

A pilha alcalina é um tipo de fonte portátil de energia. Ela recebe este nome porque são feitas a partir de bases, e possuem d.d.p de 1,5 V e não são recarregáveis. Indicada para equipamentos que requerem descargas de energia rápidas e fortes, como câmeras digitais, lanternas,entre outros etc.

Ânodo dessa pilha é geralmente formado por uma placa de zinco, cádmio e outros metais.

pilha de litio

As pilhas de lítio são células primárias que têm ânodos de lítio metálico. As células de lítio produzem uma tensão cerca de duas vezes maior que a de uma bateria comum de zinco-carbono ou alcalina: 3 volts contra 1,5 volts, respectivamente. Ao contrário da bateria de íon-lítio, elas não são recarregáveis.

Pilha de mercúrio

Uma pilha de mercúrio é um tipo de pilha alcalina. Por ter mercúrio em grandes concentrações, sua comercialização foi banida em muitos países. Hoje, as pilhas de mercúrio são utilizadas, por exemplo, em relógios, calculadoras, marca-passos, aparelhos auditivos, máquinas fotográficas e brinquedos.

O Ânodo da pilha de mercúrio é formada por uma placa de zinco.

Ânodos em díodos semicondutores

O ânodo de um diodo semicondutor de junção corresponde ao cristal P - de "positivo" - formado pela dopagem do díodo que consiste na introdução de elementos trivalentes dentro de cristais tetravalentes, obtendo-se átomos com sete elétrons na camada de valência, isto é, que necessitam de mais um elétron para a neutralização. Quando uma fonte de alimentação é conectada ao diodo pela polarização direta, que é feita conectando o terminal negativo da fonte de alimentação no cátodo do díodo e o terminal positivo da fonte no ânodo do díodo, os eletrões (cargas negativas) irão em direção ao terminal positivo sendo repelidos pelo negativo.

Numa temperatura acima do zero absoluto (-273°C) os átomos saem das suas órbitas de valência, tornando-se eletrões livres, ao mesmo tempo que deixam uma lacuna na camada de valência de onde saiu, por uma fração de segundos. Esse tempo de duração de eletrões livres e de lacunas é chamado de tempo de vida.

No ânodo, os eletrões livres movem-se aleatoriamente, e alguns deles podem passar para o cátodo. No cátodo há mais eletrões do que lacunas, pelo que se consideram como portadores majoritários os eletrões livres e como portadores minoritários as lacunas. No ânodo, onde há mais lacunas do que eletrões livres, tem-se como portadores majoritários as lacunas e como portadores minoritários os eletrões livres. Quando um eletrão livre do cátodo passa para o ânodo, ele deixa um átomo tetravalente no cátodo. Esse átomo tetravalente com menos um eletrão funciona como um ion positivo ou catião porque perdeu o eletrão que foi para o ânodo. Quando o eletrão entra na área do ânodo, combina-se rapidamente com uma lacuna de um átomo trivalente, que, ao ter mais um eletrão na sua órbita de valência, passa a tetravalente, funcionando como um ião negativo ou anião. Esse processo de migração de eletrões livres para o ânodo ocorre até que camada de depleção deixe de o permitir. A camada de depleção é a área onde estes iões ficam, junto à superfície de junção do cristal P com o cristal N, formando uma região sem eletrões livres e sem lacunas, funcionando como uma barreira que impede a continuação da difusão dos eletrões livres.

Ânodos de sacrificio

Uma das formas mais eficazes de evitar a corrosão dos metais é a utilização de ânodos sacrificiais, que se ligam ao metal a proteger. Tal como o próprio nome indica, os ânodos sacrificiais são quem sofre, preferencialmente, a corrosão (são “sacrificados”), para assim poder proteger o material que importa preservar. Este método é conhecido como protecção catódica, e efectua-se para proteger contra a corrosão cascos de navios e tubagens enterradas, erm que se usa zinco como metal sacrificial para proteger o aço.

Para evitar a sua corrosão, o alumínio, é revestido por uma camada aderente e impermeável de óxido de alumínio formada sobre a superfície quando o alumínio é oxidado (Al₂O₃). Este processo designa-se por anodização quando o processo é electrolítico (não espontâneo) ou passivação quando o processo é galvânico (espontâneo), onde o alumínio funciona como o ânodo. Como o óxido formado cobre toda a superfície e é um material impermeável, muito aderente e não condutor, constitui uma protecção bastante eficaz contra a corrosão do alumínio.

Ânodos em Ampolas de raio x

Em uma ampola de raios X, o eletrodo positivo é o anodo e é onde o feixe de elétrons colide e produz os raios X.

O principal problema no seu projeto deve-se a ineficiência na produção dos raios X, uma vez que mais de 99% da energia cinética dos elétrons que atingem o anodo é transformada em calor.

Existem dois tipos de anodos:

• anodo fixo: são usados em equipamentos odontológicos e equipamentos portáteis que não necessitam de correntes elevadas. Nestes o anodo é feito com um material com boa capacidade térmica como o cobre. O ponto do anodo no qual o feixe de elétrons incide é chamado de alvo e é feito com uma liga de tungstênio ou molibdênio impregnado no cobre. Estes materiais possuem alto ponto de fusão e o tungstênio, em particular, possui elevado número atômico o que aumenta a eficiência na produção dos raios X.. Estes anodos podem ser refrigerados com água, no caso de aparelhos usados em cristalografia ou ainda com óleo no caso de aparelhos para radiografia.

• anodo giratório: o anodo tem o formato de um disco e possui um eixo ligado a um motor. Durante seu funcionamento o disco gira continuamente e o feixe de elétrons incide em sua borda, dessa forma a área na qual o calor é gerado é muito maior que no caso do anodo fixo, melhorando a dissipação térmica. Quanto maior a rotação, melhor a dissipação térmica. Na maioria dos tubos de raios X a rotação é de 3600 rpm (rotações por minuto), enquanto em tubos alta capacidade podem chegar a 10000 rpm.

Ao atingirem o anodo, a maioria dos elétrons perdem sua energia cinética nas inúmeras colisões com os átomos do anodo, convertendo-a em calor. Alguns elétrons participam na produção de raios X por dois processos fundamentais: a emissão de raios X de freamento e a emissão de raios X característicos (ou de fluorescência).

Os raios X característicos produzem um espectro de linhas ou raias com energias bem definidas características do material do alvo.

Já os raios X de freamento ocorrem quando os elétrons aproximam-se dos núcleos dos átomos que compõem o alvo e sofrem uma desaceleração brusca devido ao campo coulombiano do núcleo. Estes raios X são chamados de bremsstrahlung (do alemão: radiação de freamento) e produzem um espectro contínuo de energia, variando de valores próximos de zero até um valor máximo que corresponde a toda a energia cinética do elétron.