Die Anode und die Kathode sind die Elektrodentypen, die in elektrochemischen Zellen zu finden sind. Dies sind Geräte, die durch chemische Reaktion elektrische Energie erzeugen können. Die am häufigsten verwendeten elektrochemischen Zellen sind Batterien.
Es gibt zwei Arten von elektrochemischen Zellen, Elektrolysezellen und galvanische oder voltaische Zellen. In Elektrolysezellen findet die chemische Reaktion, die Energie erzeugt, nicht spontan statt, sondern der elektrische Strom wird in eine chemische Oxidations-Reduktions-Reaktion umgewandelt.
Die galvanische Zelle besteht aus zwei Halbzellen. Diese sind durch zwei Elemente verbunden, einen metallischen Leiter und eine Salzbrücke.
Der elektrische Leiter leitet, wie der Name schon sagt, Elektrizität, weil er der Bewegung elektrischer Ladung nur sehr wenig widersteht. Die besten Leiter sind normalerweise Metall.
Die Salzbrücke ist eine Röhre, die die beiden Halbzellen unter Beibehaltung ihres elektrischen Kontakts verbindet, ohne dass die Komponenten jeder Zelle zusammenkommen. Jede Halbzelle der galvanischen Zelle enthält eine Elektrode und einen Elektrolyten.
Wenn die chemische Reaktion stattfindet, verliert eine der Halbzellen durch den Oxidationsprozess Elektronen in Richtung ihrer Elektrode; während der andere durch den Reduktionsprozess Elektronen für seine Elektrode gewinnt.
Oxidationsprozesse finden an der Anode und Reduktionsprozesse an der Kathode statt
Anode
Der Name der Anode stammt aus dem Griechischen ανά (aná): aufwärts und οδός (odós): weg. Faraday war derjenige, der diesen Begriff im 19. Jahrhundert geprägt hat.
Die beste Definition der Anode ist die Elektrode, die bei einer Oxidationsreaktion Elektronen verliert. Es ist normalerweise mit dem positiven Pol des elektrischen Stromtransits verbunden, dies ist jedoch nicht immer der Fall.
Obwohl bei Batterien die Anode der positive Pol ist, ist sie bei LED-Leuchten das Gegenteil, wobei die Anode der negative Pol ist.
Normalerweise wird die Richtung des elektrischen Stroms definiert und als Richtung der freien Ladungen gewertet. Wenn der Leiter jedoch nicht metallisch ist, werden die erzeugten positiven Ladungen auf den externen Leiter übertragen.
Diese Bewegung impliziert, dass wir positive und negative Ladungen haben, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Daher wird gesagt, dass die Richtung des Stroms der Weg der positiven Ladungen der Kationen, die sich in der Anode befinden, zur negativen Ladung der Anoden ist auf der Kathode gefunden.
In galvanischen Zellen mit einem metallischen Leiter folgt der bei der Reaktion erzeugte Strom dem Weg vom positiven zum negativen Pol.
In Elektrolysezellen finden sich jedoch Ionen mit positiver und negativer Ladung, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, da sie keinen metallischen Leiter, sondern einen Elektrolyten haben.
Thermionische Anoden empfangen die meisten Elektronen, die von der Kathode kommen, erwärmen die Anode und müssen einen Weg finden, sie abzuleiten. Diese Wärme wird in der Spannung erzeugt, die zwischen den Elektronen auftritt.
Spezielle Anoden
Es gibt einen speziellen Anodentyp, wie er in Röntgenstrahlen zu finden ist. In diesen Röhren erzeugt die von Elektronen erzeugte Energie zusätzlich zur Erzeugung von Röntgenstrahlen viel Energie, die die Anode erwärmt.
Diese Wärme wird bei der unterschiedlichen Spannung zwischen den beiden Elektroden erzeugt, die Druck auf die Elektronen ausübt. Wenn sich Elektronen im elektrischen Strom bewegen, schlagen sie gegen die Anode und übertragen ihre Wärme auf diese.
Kathode
Die Kathode ist die negativ geladene Elektrode, die bei der chemischen Reaktion eine Reduktionsreaktion eingeht, bei der ihre Oxidationsstufe reduziert wird, wenn sie Elektronen empfängt.
Wie bei der Anode war es Faraday, der den Begriff Kathode vorschlug, der aus dem Griechischen κατά: 'abwärts' und ὁδός: 'Weg' stammt. Dieser Elektrode wurde die negative Ladung über die Zeit zugeschrieben.
Dieser Ansatz stellte sich als falsch heraus, da er je nach Gerät die eine oder andere Last hat.
Diese Beziehung zum negativen Pol wie auch zur Anode ergibt sich aus der Annahme, dass Strom vom positiven zum negativen Pol fließt. Dies tritt innerhalb einer galvanischen Zelle auf.
In Elektrolysezellen, dem Energieübertragungsmedium, das sich nicht in einem Metall, sondern in einem Elektrolyten befindet, können negative und positive Ionen koexistieren, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Konventionell soll der Strom jedoch von der Anode zur Kathode fließen.
Spezielle Kathoden
Ein Typ spezifischer Kathoden sind thermionische Kathoden. In diesen emittiert die Kathode aufgrund der Wärmeeinwirkung Elektronen.
In thermionischen Ventilen kann sich die Kathode selbst erwärmen, indem sie einen Heizstrom in einem daran angebrachten Filament zirkuliert.
Gleichgewichtsreaktion
Wenn wir eine galvanische Zelle nehmen, die die häufigste elektrochemische Zelle ist, können wir die erzeugte Gleichgewichtsreaktion formulieren.
Jede Halbzelle, aus der die galvanische Zelle besteht, hat eine charakteristische Spannung, die als Reduktionspotential bekannt ist. Innerhalb jeder Halbzelle findet eine Oxidationsreaktion zwischen den verschiedenen Ionen statt.
Wenn diese Reaktion das Gleichgewicht erreicht, kann die Zelle keine Spannung mehr bereitstellen. Zu diesem Zeitpunkt hat die Oxidation, die zu diesem Zeitpunkt in der Halbzelle stattfindet, einen positiven Wert, je näher sie dem Gleichgewicht kommt. Das Potential der Reaktion ist umso größer, je mehr Gleichgewicht erreicht wird.
Wenn sich die Anode im Gleichgewicht befindet, beginnt sie Elektronen zu verlieren, die durch den Leiter zur Kathode gelangen.
Die Reduktionsreaktion findet an der Kathode statt. Je weiter sie vom Gleichgewicht entfernt ist, desto mehr Potenzial hat die Reaktion, wenn sie stattfindet, und nimmt die Elektronen auf, die von der Anode kommen.
Verweise
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