Elektrode

Eine Elektrode (v. engl.: electrode aus electric und griech.: hodós Weg) ist ein Elektronenleiter, der im Zusammenspiel mit einer Gegenelektrode mit einem zwischen beiden Elektroden befindlichen Medium in Wechselwirkung steht. Die meisten Elektroden bestehen aus Metall oder aus Graphit. Oft dienen sie vor allem der Stromzuführung, sie können aber auch an chemischen Reaktionen teilnehmen, z.B. löst sich die Zinkelektrode einer Batterie bei Stromfluss auf, indem Zinkionen in Lösung gehen.

Polarität

Für die elektrochemischen Elektroden gilt: die Elektrode, an der Oxidation abläuft, ist die Anode. Die Elektrode, an der die Reduktion abläuft, ist die Kathode. Bei einer Elektrolyse wird die chemische Reaktion durch eine von einer äußeren Spannung hervorgerufenen Stromfluss erzwungen, und die Oxidation wird durch den Elektronenentzug an der positiven geladenen Anode hervorgerufen: Die Anode ist in diesem Fall der Pluspol (+). Bei Batterien und Brennstoffzellen, wo die elektrische Spannung durch die chemischen Vorgänge erzeugt wird, ist die Anode negativ geladen, da bei der ungerichtet ablaufenden Oxidation Elektronen frei werden. Die Anode ist dann der Minuspol (-).

Auf jeden Fall:

Anode = Oxidation Kathode = Reduktion

Da sich bei einer Elektrolyse im Vergleich zu einem galvanischen Element die Polarität der Elektroden umkehrt, ist die Zuordnung von Anode und Kathode oft verwirrend. Am einfachsten ist es, sich an der Flussrichtung der Elektronen zu orientieren. Dazu stelle man sich die Zelle schematisiert vor: Die Vorsilbe ana~ bedeutet aufwärts, die Vorsilbe kata~ bedeutet abwärts. IdR. ist die Anode in Zeichnungen links dargestellt, die Kathode rechts.

Elektroden im Gas oder Vakuum oder mit Isolator

Je nach Art des die Elektrode umgebenden Mediums kommt es zu unterschiedliche Formen der Wechselwirkung:

Ist das Medium ein Isolator, baut sich zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld auf. Diese Konfiguration wird Kondensator genannt.

Ist das Medium ein Vakuum oder ein Gas, so baut sich wie im Falle des Isolators ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden auf. Jedoch können sich Elektronen von einer Elektrode (Kathode) zur anderen bewegen, wenn der Austritt aus der Kathode ermöglicht wird, z.B. durch Feldemission oder thermische Emission (→Elektronenröhre, Röntgenstrahler). Ist das Medium ein Gas, dann werden die Atome bzw. Moleküle des Gases teilweise ionisiert, so dass ein Plasma entsteht. Im Plasma bewegen sich neben den Elektronen auch die Ionen im elektrischen Feld (→Gasentladungslampe).

Auch die Elektroden der Zündkerzen und die Schweißelektroden beim Elektroschweißen fallen in diese Kategorie. Die Schweißelektroden erzeugen beim Schweißen einen Lichtbogen mit dem zu schweißenden Material. In der Hitze des Lichtbogens schmelzen beide und die Elektrode dient als Zusatzwerkstoff, damit die Materialien verbunden werden.

Elektrochemische Elektroden

Hier ist das Medium, das an die Elektrode grenzt, ein flüssiger oder fester Ionenleiter, der Elektrolyt. Durch Oxidations- und Reduktionsreaktionen oder durch eine äußere Spannung baut sich an der Elektrode ein elektrochemisches Potenzial auf.

Man unterscheidet je nach Art der Abhängigkeit des Potenzials von der Konzentration des Elektrolyten vier Typen von Elektroden:

1. Elektroden erster Art
2. Elektroden zweiter Art, bei denen Feststoffe an der Reaktion beteiligt sind
3. Redox - Elektroden; hier treten keine Metallionen sondern Elektronen durch die Phasengrenzen. Das Metall selbst wird dabei nicht angegriffen, da kein Stofftransport durch die Phasengrenzen stattfindet.
4. Ionensensitive Elektroden, bei denen das Potenzial im Idealfall von der Konzentration nur eines bestimmten Ions abhängt.

Schließt man zwei Elektroden, die in unterschiedlich konzentrierte Elektrolytlösungen tauchen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen, über einen Stromkreis aneinander, erhält man ein galvanisches Element. Zwischen den Elektroden besteht eine Spannung, die häufig auch die elektromotorische Kraft (EMK) genannt wird. Solch eine Anordnung kann Strom abgeben (Batterie). Durch Zuschalten einer äußeren Spannung laufen andere chemische Reaktionen an den Elektroden ab (Elektrolyse). Die Elektroden können aus Metallen oder Halbleitern bestehen, z.B. auch aus Graphit, Glaskohlenstoff, und können flüssig (Quecksilber) oder fest sein.

Eine zum Korrosionsschutz verwendete Elektrode ist die Opferanode. nicht löschen

Historisches

Die Begriffe Elektrode, Elektrolyt, Anode, und Kathode stammen von Michael Faraday. ahllo