Un elettrodo è un conduttore che fa passare una corrente elettrica da un mezzo all’altro, solitamente da una fonte di alimentazione a un dispositivo o materiale. Può assumere una serie di forme diverse, tra cui un filo, una piastra o un’asta, ed è più comunemente fatto di metallo, come rame, argento, piombo o zinco, ma può anche essere fatto di una sostanza non metallica che conduce elettricità, come la grafite. Gli elettrodi sono utilizzati nella saldatura, nella galvanica, nelle batterie, nella medicina e nell’industria per i processi che comportano l’elettrolisi.
Anodi e catodi
Nel caso di una corrente continua (CC), gli elettrodi sono a coppie e sono noti come anodi e catodi. Per una batteria, o altra sorgente DC, il catodo è definito come l’elettrodo da cui parte la corrente e l’anodo come il punto in cui ritorna. Per ragioni storiche piuttosto che scientifiche, l’elettricità in un circuito è, per convenzione, raffigurata mentre viaggia dal positivo al negativo, così che è vista come un flusso di carica positiva fuori dal catodo e nell’anodo. Una corrente elettrica, tuttavia, consiste in un flusso di minuscole particelle cariche negativamente chiamate elettroni, quindi questo flusso è in realtà nella direzione opposta. In questo contesto, probabilmente è meglio pensare semplicemente in termini di terminali positivi e negativi.
All’interno di una batteria, o cella elettrochimica, gli elettrodi sono realizzati con materiali diversi, uno dei quali cede elettroni più facilmente dell’altro. Sono tenuti in contatto con una sostanza chimica conduttrice che può dividersi in ioni con carica positiva e negativa. Quando un circuito è completato, in altre parole, quando la batteria è collegata a un dispositivo elettrico, come una lampadina, all’interno della cella avviene una reazione redox. Ciò significa che la sostanza chimica conduttrice guadagna elettroni su un elettrodo – un processo noto come riduzione – e li perde nell’altro – un processo chiamato ossidazione – con il risultato che gli elettroni fluiscono come una corrente intorno al circuito. La riduzione avviene sempre al catodo e l’ossidazione all’anodo.
In una batteria ricaricabile, questo processo viene invertito mentre la batteria è in carica. Una corrente elettrica proveniente da un’altra sorgente viene utilizzata per alimentare una reazione redox nella direzione opposta, il che significa che l’anodo diventa catodo e viceversa. È ancora il caso che la riduzione avvenga al catodo e l’ossidazione all’anodo, ma la direzione della corrente è invertita, quindi quale elettrodo è negativo e quale è positivo dipende dal fatto che la batteria fornisca corrente o si stia ricaricando. A volte le celle sono collegate tra loro da un elettrodo, che funge da anodo per una cella e catodo per l’altra. Questo è noto come elettrodo bipolare.
Nel caso di una corrente alternata (AC), non c’è distinzione tra anodo e catodo. Questo perché la corrente inverte costantemente la direzione, molte volte al secondo. Un elettrodo che utilizza questo tipo di corrente passerebbe quindi costantemente tra negativo e positivo.
Elettrolisi
In questo processo, una corrente continua scorre attraverso un mezzo liquido conduttore da un catodo a un anodo, consentendo processi di riduzione e ossidazione. Questo è un modo molto utile per produrre determinate sostanze chimiche e, in particolare, isolare gli elementi chimici dai loro composti. Nel caso di alcuni elementi molto reattivi, è l’unico modo pratico per farlo.
Per ottenere un dato elemento, un composto ionico di quell’elemento può essere elettrolizzato. Un esempio è la produzione di sodio metallico da sale fuso o cloruro di sodio. Quando la corrente scorre, gli ioni di sodio caricati positivamente sono attratti dall’elettrodo negativo, o catodo, dove acquisiscono elettroni, formando sodio metallico. Gli ioni cloruro con carica negativa sono attratti dall’anodo, dove perdono elettroni, formando gas di cloro, che viene anche raccolto come sottoprodotto.
Galvanotecnica
In questo processo, un oggetto metallico viene rivestito con un altro metallo per migliorarne la resistenza alla corrosione o l’aspetto. L’oggetto da rivestire forma il catodo in un processo di elettrolisi venendo immerso in una soluzione di un composto solubile del metallo che formerà il rivestimento, con l’anodo anch’esso fatto di questo metallo. Quando la corrente scorre, gli ioni metallici positivi della soluzione vengono attratti dal catodo e formano un deposito su di esso. Man mano che gli ioni in soluzione si esauriscono, vengono sostituiti da ioni che si formano dall’anodo. A volte, l’anodo è costituito da un materiale diverso che non viene utilizzato; in questo metodo, gli ioni metallici devono essere sostituiti rabboccando la soluzione.
altri usi
Gli elettrodi sono utilizzati nella saldatura ad arco, una tecnica per unire due pezzi di metallo utilizzando una grande corrente elettrica. Un elettrodo consumabile si scioglie e fornisce il materiale che unisce i metalli. Il tipo non consumabile è costituito da un materiale con un punto di fusione molto alto, come il tungsteno, e fornisce semplicemente il calore per fondere un altro materiale che forma l’unione. In medicina, gli elettrodi possono essere utilizzati in caso di emergenza per applicare una corrente elettrica al cuore in una tecnica nota come defibrillazione. Sono anche usati per registrare l’attività elettrica nel cervello durante un elettroencefalogramma (EEG).