Diferencia entre ánodos y cátodos

Los electrodos son necesarios en la creación de cualquier batería. Todos los electrodos se pueden clasificar en dos categorías: ánodos y cátodos. Cada uno de estos tipos de electrodos necesita del otro para facilitar la corriente convencional que permite que una batería funcione correctamente.

¿En qué se diferencia un ánodo de un cátodo?

La principal diferencia entre un ánodo y un cátodo se puede observar en su relación con los electrones y, por extensión, cómo contribuyen a una reacción redox.

Durante una reacción electroquímica, un ánodo perderá electrones en el circuito y se oxidará en el proceso; mientras que un cátodo ganará estos electrones para reducirse. ¡Sigue leyendo para explorar sus diferencias en profundidad!

¿Qué es un ánodo?

Un ánodo, en el sentido más estricto, es el electrodo que libera electrones y, en consecuencia, es el sitio que se oxida durante una reacción redox. Para mayor claridad, recuerde que la oxidación simplemente se refiere a una pérdida de electrones.

Cuando los electrones salen de un ánodo y fluyen hacia el circuito, el ánodo adquiere una carga positiva. Esto atrae iones negativos, o aniones, al ánodo, que posteriormente podrá ganar sus electrones adicionales para reemplazar los que pierde mientras permanece activo. Por esta razón, los ánodos también se denominan aceptores de electrones.

Los metales oxidantes se utilizan para los ánodos; los metales más comunes son el zinc, el aluminio y el magnesio.

¿Qué es un cátodo?

Los cátodos funcionan exactamente de manera opuesta a los ánodos. Es un electrodo que recibe los electrones que entran por el circuito. Esta entrada de electrones conduce a la reducción de un cátodo, completando la otra mitad de una reacción redox.

Con la adición de estos nuevos electrones, el cátodo adquiere una carga negativa. Esto hace que los iones positivos, también conocidos como cationes, se muevan hacia el cátodo. Mientras el circuito permanezca activo, donará los electrones extra que recibe a estos cationes; a la luz de esto, los cátodos se denominan donantes de electrones.

Los materiales utilizados para fabricar cátodos incluyen litio, cobalto, níquel y manganeso.

Diferencias entre un ánodo y un cátodo

imagen 6Direcciones de electrones y corriente eléctrica durante la descarga y carga de una batería

Etimología

Michael Faraday fue el primero en nombrar ambos electrodos al realizar un estudio electroquímico en 1834, aunque contó con la ayuda de su compañero científico William Whewell, quien creó los términos “ánodo” y “cátodo” para el artículo de Faraday.

El término “ánodo” se deriva de la palabra griega para ascenso, que era “anodos” (ἄνοδος). Asimismo, “cátodo” vino de la palabra para descenso en griego, “kathodos” (κάθοδος).

Con el descubrimiento del electrón, los etimólogos modernos justifican el uso de estas palabras cuando los electrones “ascienden” de los ánodos y “descienden” a los cátodos.

Flujo de electrones

En un circuito, la diferencia de potencial eléctrico dentro de una batería induce a los electrones a salir del ánodo y fluir a través del circuito.

Estos electrones pasarán a través de las cargas y cualquier otro componente del circuito antes de alcanzar y entrar al cátodo.

Puede contrastar esto con el modelo de corriente convencional, que se opone al flujo de electrones; en lugar de que los electrones se muevan de los ánodos a los cátodos, considera que el flujo de corriente comienza en los cátodos.

iones atraídos

El movimiento de electrones de un ánodo a un cátodo hace que ambos electrodos adquieran cargas.

Los ánodos adquieren una carga positiva a través de la pérdida de electrones. Esto atrae iones cargados negativamente de la solución o material electrolítico.

Por el contrario, la entrada de electrones añadidos hace que los cátodos se carguen negativamente, lo que atrae los cationes de carga positiva hacia el electrodo.

media reacción

Cuando una batería se descarga, conduce al movimiento de un electrón de una especie donadora a una aceptora. Este movimiento es la base de las reacciones redox.

El ánodo es el electrodo oxidante ya que cede electrones al circuito. Asimismo, el electrodo reductor, que recibe dichos electrones, es el cátodo.

Cargar

Si un electrodo tiene carga positiva o negativa en una configuración determinada es una causa común de confusión.

Cuando se carga una batería, el ánodo está polarizado positivamente y el cátodo tiene una carga negativa. Sus cargas se invierten cuando se usa la batería.

Componentes

En las baterías de iones de litio, el grafito, una forma de carbono altamente conductiva, es el material comercialmente más viable para los ánodos.

Los cátodos en una batería de iones de litio generalmente se derivan de óxidos metálicos. El más común de estos es el óxido de litio y cobalto (LiCoO2) u otros óxidos en capas. Los polianiones, como el fosfato de hierro y litio (LiFePO4), o las espinelas de magnesio/aluminio, como el óxido de manganeso y litio (Li/MgO2), también se utilizan con regularidad.

Cuadro comparativo: ánodo y cátodo

ÁreasÁnodoCátodoEtimología“Anodos”, griego para “ascenso”“Kathodos”, griego para “descenso”Flujo de electronesLos electrones se mueven fuera de los ánodosLos electrones se mueven hacia los cátodosIones atraídosAnionesCacionesMedia reacciónOxidadoReducciónCargaPositivo (carga)
Negativo (descarga) Negativo (carga)
Componentes positivos (de descarga) Carbono (grafito) Óxidos metálicos, p. ej., óxido de litio y cobalto (LiCoO2)

¿En qué se parecen los ánodos y los cátodos?

Los ánodos y los cátodos, a pesar de ser polos opuestos literales en la carga y las semirreacciones, siguen siendo una parte vital de cualquier batería. Sin estos electrodos, una batería sería inutilizable.

Los electrodos facilitan el movimiento de electrones a través de un circuito. Tanto los ánodos como los cátodos también están involucrados en las reacciones de oxidación-reducción, aunque a través de semirreacciones opuestas. Además, los dos electrodos se cargan cuando el circuito está activo y atraen sus respectivos iones.

Como nota final, ambos electrodos deben su nombre a los trabajos de Michael Faraday y William Whewell, colaboradores fundamentales en el campo de la electroquímica.

Preguntas más frecuentes

¿Quién inventó la primera batería moderna?

¿Por qué las baterías de iones de litio son tan comunes?

Las baterías de iones de litio son actualmente el tipo de batería más utilizado para alimentar una amplia gama de dispositivos electrónicos, desde auriculares hasta teléfonos y computadoras portátiles.

A La batería de iones de litio tiene varias ventajas a otros tipos de baterías de la competencia, como la batería de níquel-cadmio. Debido a que pueden almacenar mucha más energía en un paquete pequeño, son considerablemente densos en energía. También pueden generar mayores cantidades de corriente y cuentan con una mayor duración de la batería.

Además, a diferencia de los modelos de Ni-Cd, las baterías de Li-ion no utilizan cadmio, que es un elemento tóxico.

Conclusión

Los ánodos y los cátodos son dos tipos de electrodos que son partes indispensables de cualquier batería.

Las diferencias clave entre ambos se encuentran en su semirreacción, el papel en el flujo de electrones y los iones que atraen.

Los ánodos liberan electrones en el circuito. En el proceso, se oxida y gana una carga positiva, atrayendo aniones de los que toma electrones adicionales.

En el extremo opuesto, los cátodos reciben electrones. Posteriormente se reducen, adquiriendo una carga negativa que atrae cationes que obtienen sus electrones adicionales.

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