الأنود

الأنود هو قطب كهربائي لجهاز كهربائي مستقطب يدخل من خلاله التيار التقليدي إلى الجهاز. وهذا يتناقض مع الكاثود ، وهو قطب كهربائي للجهاز يخرج من خلاله التيار التقليدي من الجهاز. ومن الاختصارات الشائعة ACID ، وهو اختصار لـ "تيار الأنود إلى الجهاز". ^[1] يكون اتجاه التيار التقليدي (تدفق الشحنات الموجبة) في الدائرة معاكسًا لاتجاه تدفق الإلكترونات ، لذلك تتدفق الإلكترونات (المشحونة سلبًا) من أنود الخلية الجلفانية ، إلى دائرة خارجية أو متصلة بالخلية. على سبيل المثال، يكون نهاية البطارية المنزلية التي تحمل علامة "+" هي الكاثود (أثناء التفريغ).

في كل من الخلية الجلفانية والخلية الكهروليتية ، يكون الأنود هو القطب الذي يحدث عنده تفاعل الأكسدة . في الخلية الجلفانية ، يكون الأنود هو السلك أو اللوحة التي تحتوي على شحنة سالبة زائدة نتيجة لتفاعل الأكسدة. في الخلية الكهروليتية ، يكون الأنود هو السلك أو اللوحة التي تُفرض عليها شحنة موجبة زائدة. ^[2] ونتيجة لذلك، تميل الأنيونات إلى التحرك نحو الأنود حيث ستخضع للأكسدة.

تاريخيًا، كان يُعرف أنود الخلية الجلفانية أيضًا باسم الزنكود لأنه يتكون عادةً من الزنك. ^{[3] [4] : ص 209، 214}

لا يتم تعريف مصطلحي الأنود والكاثود من خلال قطبية الجهد للأقطاب الكهربائية ولكن اتجاه التيار عبر القطب الكهربائي. الأنود هو قطب كهربائي لجهاز يتدفق من خلاله التيار التقليدي (الشحنة الموجبة) إلى الجهاز من دائرة خارجية، بينما الكاثود هو قطب كهربائي يتدفق من خلاله التيار التقليدي خارج الجهاز. إذا انعكس اتجاه التيار عبر الأقطاب الكهربائية، كما يحدث على سبيل المثال في البطارية القابلة لإعادة الشحن عند شحنها، فإن أدوار الأقطاب الكهربائية كأنود وكاثود تنعكس. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

لا يعتمد التيار التقليدي على اتجاه حركة حاملات الشحنة فحسب، بل يعتمد أيضًا على الشحنة الكهربائية لحاملات الشحنة . عادةً ما تحمل الإلكترونات التيارات خارج الجهاز في موصل معدني. نظرًا لأن الإلكترونات تحمل شحنة سالبة، فإن اتجاه تدفق الإلكترونات يكون معاكسًا لاتجاه التيار التقليدي. وبالتالي، تغادر الإلكترونات الجهاز عبر الأنود وتدخل الجهاز عبر الكاثود. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يختلف تعريف الأنود والكاثود بالنسبة للأجهزة الكهربائية مثل الثنائيات والأنابيب المفرغة حيث يتم تثبيت تسمية القطب ولا تعتمد على تدفق الشحنة الفعلي (التيار). تسمح هذه الأجهزة عادةً بتدفق تيار كبير في اتجاه واحد ولكن تيار مهمل في الاتجاه الآخر. لذلك، يتم تسمية الأقطاب بناءً على اتجاه هذا التيار "الأمامي". في الثنائي، الأنود هو الطرف الذي يدخل من خلاله التيار والكاثود هو الطرف الذي يخرج منه التيار، عندما يكون الثنائي متحيزًا للأمام . لا تتغير أسماء الأقطاب في الحالات التي يتدفق فيها التيار العكسي عبر الجهاز. وبالمثل، في الأنبوب المفرغ، يمكن لقطب واحد فقط أن ينبعث منه الإلكترونات في الأنبوب المفرغ بسبب تسخينه بواسطة خيط، لذلك لا يمكن للإلكترونات دخول الجهاز إلا من الدائرة الخارجية عبر القطب المسخن. لذلك، يُسمى هذا القطب بشكل دائم بالكاثود، ويُسمى القطب الذي تخرج من خلاله الإلكترونات من الأنبوب بالأنود. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تختلف قطبية الجهد على الأنود بالنسبة للكاثود المرتبط به حسب نوع الجهاز وطريقة تشغيله. في الأمثلة التالية، يكون الأنود سالبًا في جهاز يوفر الطاقة، وموجبًا في جهاز يستهلك الطاقة:

في البطارية المفرغة أو الخلية الجلفانية (الرسم التخطيطي على اليسار)، يكون الأنود هو الطرف السالب: وهو المكان الذي يتدفق منه التيار التقليدي إلى الخلية. يتم نقل هذا التيار الداخلي إلى الخارج بواسطة الإلكترونات التي تتحرك إلى الخارج. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في بطارية إعادة الشحن أو الخلية الكهروليتية ، يكون الأنود هو الطرف الموجب المفروض بواسطة مصدر خارجي لفرق الجهد. يكون التيار المار عبر بطارية إعادة الشحن معاكسًا لاتجاه التيار أثناء التفريغ؛ بمعنى آخر، يصبح القطب الذي كان الكاثود أثناء تفريغ البطارية هو الأنود أثناء إعادة شحن البطارية. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في هندسة البطاريات، من الشائع تسمية أحد قطبي البطارية القابلة لإعادة الشحن بالأنود والكاثود وفقًا للدور الذي يلعبه القطبان عند تفريغ البطارية. وهذا على الرغم من حقيقة أن الأدوار تنعكس عند شحن البطارية. عند القيام بذلك، يشير "الأنود" ببساطة إلى الطرف السالب للبطارية ويشير "الكاثود" إلى الطرف الموجب.

في الصمام الثنائي ، يكون الأنود هو الطرف الذي يمثله ذيل رمز السهم (الجانب المسطح للمثلث)، حيث يتدفق التيار التقليدي إلى الجهاز. لاحظ أن تسمية الأقطاب الكهربائية للثنائيات تعتمد دائمًا على اتجاه التيار الأمامي (اتجاه السهم، حيث يتدفق التيار "بسهولة")، حتى بالنسبة للأنواع مثل الثنائيات زينر أو الخلايا الشمسية حيث يكون التيار محل الاهتمام هو التيار العكسي. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في الأنابيب المفرغة أو الأنابيب المملوءة بالغاز ، يكون الأنود هو الطرف الذي يدخل منه التيار إلى الأنبوب. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

تم صياغة الكلمة في عام 1834 من الكلمة اليونانية ἄνοδος ( أنودوس )، "الصعود"، بواسطة ويليام ويويل ، الذي استشاره ^[4] مايكل فاراداي بشأن بعض الأسماء الجديدة اللازمة لإكمال ورقة بحثية حول عملية التحليل الكهربائي المكتشفة مؤخرًا . في تلك الورقة، أوضح فاراداي أنه عندما يتم توجيه خلية التحليل الكهربائي بحيث يعبر التيار الكهربائي "الجسم المتحلل" (الإلكتروليت) في اتجاه "من الشرق إلى الغرب، أو، مما سيعزز هذه المساعدة للذاكرة، ذلك الذي يبدو أن الشمس تتحرك فيه"، فإن الأنود هو المكان الذي يدخل فيه التيار الكهربائي إلى الإلكتروليت، على الجانب الشرقي: " أنو إلى الأعلى، أودوس طريق؛ الطريق الذي تشرق فيه الشمس". ^{[5] [6]}

قد يبدو استخدام كلمة "شرق" بمعنى اتجاه "إلى الداخل" (في الواقع "إلى الداخل" → "شرق" → "شروق الشمس" → "إلى الأعلى") مفتعلًا. ففي السابق، وكما ورد في المرجع الأول المذكور أعلاه، استخدم فاراداي المصطلح الأكثر وضوحًا "eisode" (المدخل الذي يدخل منه التيار). وكان دافعه لتغييره إلى شيء يعني "القطب الشرقي" (كانت هناك مرشحات أخرى هي "شرق" و"أوريود" و"أناتولود") هو جعله محصنًا ضد أي تغيير لاحق محتمل في اتفاقية الاتجاه للتيار ، الذي لم تكن طبيعته الدقيقة معروفة في ذلك الوقت. وكان المرجع الذي استخدمه لهذا الغرض هو اتجاه المجال المغناطيسي للأرض، والذي كان يُعتقد في ذلك الوقت أنه ثابت. وقد حدد بشكل أساسي اتجاهه التعسفي للخلية على أنه ذلك الذي يجري فيه التيار الداخلي بالتوازي مع وفي نفس اتجاه حلقة تيار مغناطيسية افتراضية حول خط العرض المحلي والتي من شأنها أن تحفز مجالًا ثنائي القطب المغناطيسي موجهًا مثل مجال الأرض. وهذا جعل التيار الداخلي من الشرق إلى الغرب كما ذكرنا سابقًا، ولكن في حالة تغيير الاتفاقية لاحقًا، كان ليصبح من الغرب إلى الشرق، بحيث لم يعد القطب الشرقي هو "المدخل". لذلك، فإن "eisode" كان ليصبح غير مناسب، في حين أن "anode" بمعنى "القطب الشرقي" كان ليظل صحيحًا فيما يتعلق بالاتجاه غير المتغير للظاهرة الفعلية التي تكمن وراء التيار، والتي لم تكن معروفة آنذاك ولكن، كما اعتقد، تم تعريفها بشكل لا لبس فيه من خلال المرجع المغناطيسي. في الماضي، كان تغيير الاسم مؤسفًا، ليس فقط لأن الجذور اليونانية وحدها لم تعد تكشف عن وظيفة الأنود، ولكن الأهم من ذلك أنه كما نعلم الآن، فإن اتجاه المجال المغناطيسي للأرض الذي يستند إليه مصطلح "الأنود" عرضة للانعكاسات في حين أن اتفاقية اتجاه التيار التي يستند إليها مصطلح "eisode" ليس لديها سبب للتغيير في المستقبل. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

منذ اكتشاف الإلكترون لاحقًا ، تم اقتراح أصل كلمة أسهل للتذكر وأكثر صحة من الناحية الفنية على الرغم من كونها خاطئة تاريخيًا: الأنود، من الكلمة اليونانية anodos ، "الطريق إلى الأعلى"، "الطريق (إلى الأعلى) للخروج من الخلية (أو أي جهاز آخر) للإلكترونات". ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في الكيمياء الكهربائية ، الأنود هو المكان الذي يحدث فيه الأكسدة وهو جهة الاتصال ذات القطبية الموجبة في الخلية الكهربية . ^[7] عند الأنود، تُجبر الأنيونات (الأيونات السالبة) بواسطة الجهد الكهربائي على التفاعل كيميائيًا وإطلاق الإلكترونات (الأكسدة) التي تتدفق بعد ذلك إلى الدائرة الدافعة. الاختصارات : LEO Red Cat (فقدان الإلكترونات هو أكسدة، يحدث الاختزال عند الكاثود)، أو AnOx Red Cat (أكسدة الأنود، كاثود الاختزال)، أو OIL RIG (الأكسدة هي فقدان، الاختزال هو اكتساب الإلكترونات)، أو الروم الكاثوليك والأرثوذكس (الاختزال - الكاثود، الأنود - الأكسدة)، أو LEO يقول الأسد GER (فقدان الإلكترونات هو أكسدة، اكتساب الإلكترونات هو اختزال).

تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع في تنقية المعادن. على سبيل المثال، في تنقية النحاس، يتم تحليل أنودات النحاس، وهي منتج وسيط من الأفران، كهربائيًا في محلول مناسب (مثل حمض الكبريتيك ) لإنتاج كاثودات عالية النقاء (99.99%). تُوصف كاثودات النحاس المنتجة باستخدام هذه الطريقة أيضًا بالنحاس الكهربائي.

تاريخيًا، عندما كانت هناك حاجة إلى أنودات غير تفاعلية للتحليل الكهربائي، تم اختيار الجرافيت (المسمى بلامباجو في زمن فاراداي) أو البلاتين. ^[8] وقد وجد أنهما من أقل المواد تفاعلية للأنودات. يتآكل البلاتين ببطء شديد مقارنة بالمواد الأخرى، ويتفتت الجرافيت ويمكنه إنتاج ثاني أكسيد الكربون في المحاليل المائية ولكنه لا يشارك في التفاعل بخلاف ذلك. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في البطارية أو الخلية الجلفانية ، الأنود هو القطب السالب الذي تتدفق منه الإلكترونات نحو الجزء الخارجي من الدائرة. داخليًا، تتدفق الكاتيونات المشحونة إيجابيًا بعيدًا عن الأنود (على الرغم من أنه سلبي وبالتالي من المتوقع أن يجذبها، وهذا يرجع إلى أن جهد القطب بالنسبة لمحلول الإلكتروليت يختلف بالنسبة لأنظمة المعدن/الإلكتروليت في الأنود والكاثود)؛ ولكن خارج الخلية في الدائرة، يتم دفع الإلكترونات للخارج من خلال الاتصال السالب وبالتالي عبر الدائرة بواسطة جهد الجهد كما هو متوقع.

قد يعتبر مصنعو البطاريات القطب السالب بمثابة الأنود، ^[9] وخاصة في أدبياتهم الفنية. ورغم أن هذا غير صحيح من وجهة نظر كهروكيميائية، فإنه يحل مشكلة تحديد القطب الذي يمثل الأنود في الخلية الثانوية (أو القابلة لإعادة الشحن). وباستخدام التعريف التقليدي، يقوم الأنود بالتبديل بين دورات الشحن والتفريغ. ^[10]

في الأجهزة الإلكترونية المفرغة مثل أنبوب أشعة الكاثود ، يكون الأنود هو جامع الإلكترونات المشحونة إيجابيا. في الأنبوب، يكون الأنود عبارة عن صفيحة مشحونة موجبة تجمع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود من خلال الجذب الكهربائي. كما أنه يعمل على تسريع تدفق هذه الإلكترونات. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في الصمام الثنائي شبه الموصل ، الأنود هو الطبقة المشوبة بالـ P والتي تزود الوصلة في البداية بالثقوب. في منطقة الوصلة، تتحد الثقوب التي يزودها الأنود مع الإلكترونات المزودة من المنطقة المشوبة بالـ N، مما يخلق منطقة مستنفدة. مع قيام الطبقة المشوبة بالـ P بتزويد المنطقة المستنفدة بالثقوب، تُترك أيونات الشوائب السالبة في الطبقة المشوبة بالـ P ('P' للأيونات الحاملة للشحنة الموجبة). يؤدي هذا إلى إنشاء شحنة سالبة أساسية على الأنود. عند تطبيق جهد موجب على أنود الصمام الثنائي من الدائرة، يمكن نقل المزيد من الثقوب إلى المنطقة المستنفدة، وهذا يتسبب في أن يصبح الصمام الثنائي موصلًا، مما يسمح للتيار بالتدفق عبر الدائرة. لا ينبغي تطبيق مصطلحي الأنود والكاثود على الصمام الثنائي زينر ، لأنه يسمح بالتدفق في أي اتجاه، اعتمادًا على قطبية الجهد المطبق (أي الجهد). ^{[ بحاجة لمصدر ]}

في الحماية الكاثودية ، يتم ربط أنود معدني أكثر تفاعلاً مع البيئة المسببة للتآكل من النظام المعدني المراد حمايته كهربائيًا بالنظام المحمي. ونتيجة لذلك، يتآكل أنود المعدن جزئيًا أو يذوب بدلاً من النظام المعدني. على سبيل المثال، يمكن حماية هيكل سفينة من الحديد أو الفولاذ بواسطة أنود تضحية من الزنك ، والذي سيذوب في مياه البحر ويمنع الهيكل من التآكل. هناك حاجة خاصة إلى الأنودات التضحية للأنظمة التي يتم فيها توليد شحنة ثابتة من خلال عمل السوائل المتدفقة، مثل خطوط الأنابيب والمركبات المائية. تُستخدم الأنودات التضحية أيضًا بشكل عام في سخانات المياه من نوع الخزان.

في عام 1824، وللتقليل من تأثير هذا العمل الكهربي المدمر على هياكل السفن، وربطاتها، ومعداتها تحت الماء، طور العالم المهندس همفري ديفي أول نظام حماية بالتحليل الكهربي البحري وأكثرها استخدامًا حتى الآن. قام ديفي بتركيب أنودات تضحية مصنوعة من معدن أكثر تفاعلًا كهربائيًا (أقل نبلًا) متصل بهيكل السفينة ومتصل كهربائيًا لتشكيل دائرة حماية كاثودية.

من الأمثلة الأقل وضوحًا لهذا النوع من الحماية عملية طلاء الحديد بالزنك . تُغطى الهياكل الحديدية (مثل السياج) في هذه العملية بطبقة من معدن الزنك . وطالما ظل الزنك سليمًا، يظل الحديد محميًا من تأثيرات التآكل. لا محالة، يصبح طلاء الزنك مخترقًا، إما عن طريق التشقق أو التلف المادي. وبمجرد حدوث ذلك، تعمل العناصر المسببة للتآكل كإلكتروليت ومزيج الزنك/الحديد كأقطاب كهربائية. يضمن التيار الناتج التضحية بطلاء الزنك ولكن لا يتآكل الحديد الأساسي. يمكن لمثل هذا الطلاء حماية هيكل الحديد لبضعة عقود، ولكن بمجرد استهلاك الطلاء الواقي، يتآكل الحديد بسرعة. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

على العكس من ذلك، إذا تم استخدام القصدير لتغليف الفولاذ، فعندما يحدث خرق للطلاء فإنه في الواقع يسرع من أكسدة الحديد. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

يتم استخدام حماية كاثودية أخرى على أنود التيار المطبق. ^[11] وهو مصنوع من التيتانيوم ومغطى بأكسيد معدني مختلط . على عكس قضيب الأنود التضحية، فإن أنود التيار المطبق لا يضحي ببنيته. تستخدم هذه التقنية تيارًا خارجيًا يوفره مصدر تيار مستمر لإنشاء الحماية الكاثودية. ^[12] تُستخدم أنودات التيار المطبق في الهياكل الأكبر مثل خطوط الأنابيب والقوارب وبرج المياه في المدينة وسخانات المياه والمزيد. ^[13]

إن عكس الأنود هو الكاثود . فعندما ينعكس التيار المار عبر الجهاز، تتبدل وظائف الأقطاب الكهربائية ، فيصبح الأنود هو الكاثود ويصبح الكاثود هو الأنود، طالما يتم تطبيق التيار المعكوس. والاستثناء هو الثنائيات حيث يتم تسمية الأقطاب الكهربائية دائمًا بناءً على اتجاه التيار الأمامي. ^{[ بحاجة لمصدر ]}

• الأكسدة
• الأنود الجلفاني
• أنبوب مملوء بالغاز
• الخلية الأولية
• الأكسدة والاختزال

• كيفية تعريف الأنود والكاثود