Was sind die Anode und die Kathode?

Die Anode und die Kathode sind die in elektrochemischen Zellen vorkommenden Elektrodentypen. Dies sind Geräte, die durch chemische Reaktionen elektrische Energie erzeugen können. Die am häufigsten verwendeten elektrochemischen Zellen sind Batterien.

Es gibt zwei Arten von elektrochemischen Zellen, die Elektrolysezellen und die galvanischen oder voltaischen Zellen. In Elektrolysezellen erfolgt die chemische Reaktion, die Energie erzeugt, nicht spontan, sondern der elektrische Strom wird in eine chemische Reaktion der Oxidation-Reduktion 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 sein Name schon sagt, Elektrizität, weil er der Bewegung der elektrischen Ladung nur sehr wenig Widerstand entgegensetzt. Die besten Treiber sind in der Regel Metalle.

Die Salzbrücke ist eine Röhre, die die zwei Halbzellen verbindet, während der elektrische Kontakt derselben aufrechterhalten wird und ohne dass die Komponenten jeder Zelle sich verbinden. Jede Halbzelle der galvanischen Zelle enthält eine Elektrode und einen Elektrolyten.

Wenn die chemische Reaktion stattfindet, verliert eine der Halbzellen durch den Oxidationsprozess Elektronen an ihre Elektrode. während der andere die Elektronen für seine Elektrode durch den Reduktionsprozess gewinnt.

Oxidationsprozesse finden an der Anode und Reduktionsprozesse an der Kathode statt

Definition von Anode und Kathode

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 Anodendefinition ist die Elektrode, die bei einer Oxidationsreaktion Elektronen verliert. Normalerweise ist es mit dem Pluspol des Stromdurchgangs verbunden, aber dies ist nicht immer der Fall.

Obwohl in den Batterien die Anode der Pluspol ist, ist es in den LED-Leuchten das Gegenteil, wobei die Anode der Minuspol ist.

Normalerweise wird die Richtung des elektrischen Stroms als Sinn der freien Ladungen definiert. Ist der Leiter jedoch nicht metallisch, werden die erzeugten positiven Ladungen auf den Außenleiter übertragen.

Diese Bewegung impliziert, dass wir positive und negative Ladungen haben, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Man sagt also, dass die Richtung des Stroms der Pfad der positiven Ladungen der Kationen in der Anode zur negativen Ladung der Anoden ist das sind in der Kathode.

In den galvanischen Zellen mit einem metallischen Leiter folgt der bei der Reaktion erzeugte Strom dem Weg vom Pluspol zum Minuspol.

In den Elektrolysezellen können jedoch Ionen mit positiver und negativer Ladung gefunden werden, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen, indem sie keinen metallischen Leiter, sondern einen Elektrolyten aufweisen.

Die thermionischen Anoden empfangen die meisten Elektronen, die von der Kathode kommen, erwärmen die Anode und müssen einen Weg finden, sich zu zerstreuen. Diese Wärme entsteht in der Spannung, die zwischen den Elektronen auftritt.

Spezialanoden

Es gibt spezielle Anodentypen, wie sie beispielsweise in Röntgenstrahlen vorkommen: In diesen Röhren erzeugt die von den Elektronen erzeugte Energie zusätzlich zur Erzeugung der Röntgenstrahlen eine große Energie, die die Anode erwärmt.

Diese Wärme wird bei der unterschiedlichen Spannung zwischen den beiden Elektroden erzeugt und übt Druck auf die Elektronen aus. Wenn sich die Elektronen im elektrischen Strom bewegen, treffen sie auf die Anode und geben ihre Wärme ab.

Kathode

Die Kathode ist die Elektrode mit negativer Ladung, die bei der chemischen Reaktion eine Reduktionsreaktion durchläuft, bei der ihre Oxidationsstufe verringert wird, wenn sie Elektronen empfängt.

Wie bei der Anode war es Faraday, der den Begriff Kathode vorschlug, der vom griechischen κατά [catá] stammt: 'downward' und ὁδός [odós]: 'camino'. An dieser Elektrode wurde die negative Ladung mit der Zeit darauf zurückgeführt.

Dieser Ansatz war falsch, da es je nach Gerät, in dem es sich befindet, eine Last oder eine andere gibt.

Diese Beziehung zum Minuspol wie zur Anode ergibt sich aus der Annahme, dass Strom vom Pluspol zum Minuspol fließt. Dies entsteht in einer galvanischen Zelle.

Innerhalb der Elektrolysezellen können die Energieübertragungsmittel, die sich nicht in einem Metall, sondern in einem Elektrolyten befinden, negative und positive Ionen koexistieren, die sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Aber nach Vereinbarung wird gesagt, dass der Strom von der Anode zur Kathode fließt.

Spezialkathoden

Ein Typ spezifischer Kathoden sind thermionische Kathoden. In diesen emittiert die Kathode durch Wärmeeinwirkung Elektronen.

Bei thermionischen Ventilen kann sich die Kathode erwärmen, indem ein Heizstrom in einem an sie gekoppelten Heizfaden 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, weist eine charakteristische Spannung auf, die als Reduktionspotential bekannt ist. Innerhalb jeder Halbzelle findet eine Oxidationsreaktion zwischen den verschiedenen Ionen statt.

Wenn diese Reaktion ein Gleichgewicht erreicht, kann die Zelle keine Spannung mehr bereitstellen. Zu diesem Zeitpunkt hat die Oxidation, die in der Halbzelle dieses Moments stattfindet, einen positiven Wert, je näher Sie dem Gleichgewicht sind. Das Reaktionspotential ist umso größer, je mehr Gleichgewicht erreicht ist.

Wenn die Anode im Gleichgewicht ist, beginnt sie Elektronen zu verlieren, die durch den Leiter zur Kathode gelangen.

An der Kathode findet die Reduktionsreaktion statt. Je weiter das Gleichgewicht entfernt ist, desto größer ist das Potenzial der Reaktion, wenn die Elektronen von der Anode kommen.