cátodo

El cátodo es un electrodo diseñado para recibir electrones durante el funcionamiento eléctrico. En cualquier dispositivo eléctrico polarizado, la corriente sale del cátodo hacia un circuito externo, mientras que los electrones entran simultáneamente en el cátodo desde ese mismo circuito. Este flujo direccional define el papel del cátodo, independientemente de si el dispositivo está generando o consumiendo energía.

La polaridad del cátodo con respecto al ánodo depende completamente de si el dispositivo actúa como fuente o como carga. En una pila galvánica o batería (fuente de energía), el cátodo es positivo; los electrones se liberan en el ánodo y viajan a través del circuito externo para entrar en el cátodo. En una celda electrolítica (consumidor de energía), el cátodo es negativo; una fuente de alimentación externa impulsa los electrones hacia el cátodo, donde ocurren reacciones de reducción en su superficie. Esta inversión a menudo confunde a los recién llegados, pero la definición permanece constante: los electrones entran, la corriente sale.

Materiales y aplicaciones comunes del cátodo

En baterías y celdas electroquímicas, los materiales del cátodo varían según la química. Las pilas alcalinas utilizan dióxido de manganeso; las pilas de iones de litio utilizan óxidos de metal de litio como el óxido de cobalto y litio o el fosfato de hierro y litio. Las operaciones de electrodeposición utilizan cátodos inertes, típicamente cobre o acero, sobre los cuales se acumulan depósitos metálicos. Los tubos de vacío y los tubos de rayos catódicos emplean filamentos calentados como cátodos para emitir electrones mediante emisión termoiónica; estos a veces se denominan cátodos calientes. Los cátodos fríos, utilizados en algunos tubos de descarga de gas, dependen de la emisión de campo o la emisión secundaria sin calor aplicado.

La electroquímica industrial depende del comportamiento del cátodo. En el refinado de metales, el cátodo recoge el metal purificado depositado de la solución. En la electroobtención de cobre, el cátodo es típicamente una lámina delgada de cobre que acumula cobre con una pureza del 99.99% mediante reducción electrolítica. El área de la superficie y la densidad de corriente afectan la uniformidad de la deposición; los cátodos demasiado pequeños en relación con la corriente causan un recubrimiento desigual, crecimiento dendrítico o depósitos pulverulentos. La evolución de gases también puede ocurrir en el cátodo en sistemas acuosos cuando la reducción de agua compite con la reacción de reducción deseada.

El término cátodo deriva del griego kathodos, que significa descenso o camino hacia abajo, porque los primeros experimentadores observaron que el polo negativo parecía ser el punto de entrada para el fluido eléctrico (electrones, aunque entonces no lo sabían). La denominación es anterior a la teoría de los electrones, por lo que el significado direccional precede a la comprensión completa del flujo de electrones. En la práctica moderna, siempre confirme si está trabajando con una fuente o una carga antes de identificar qué terminal es el cátodo; el signo de voltaje por sí solo puede inducir a error.