Die Kathode ist die Elektrode, an der in einer elektrochemischen Zelle oder während der Elektrolyse eine Reduktion (Elektronengewinnung) stattfindet. Umgekehrt ist die Anode die Elektrode, an der die Oxidation (Elektronenverlust) stattfindet. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kathode Kationen anzieht und einer Reduktion unterliegt, während die Anode Anionen anzieht und einer Oxidation unterliegt.
Key Take Away
- Kathoden sind Elektroden, an denen eine Reduktion stattfindet und Elektronen gewonnen werden; Anoden sind Elektroden, an denen Oxidation stattfindet und Elektronen verloren gehen.
- In elektrochemischen Zellen ziehen Kathoden positiv geladene Ionen (Kationen) an; Anoden ziehen negativ geladene Ionen (Anionen) an.
- Bei Batterien ist die Kathode der Pluspol und die Anode der Minuspol; Bei der Elektrolyse ist die Anode positiv und die Kathode negativ.
Kathode gegen Anode
Die Kathode ist die Elektrode, die positiv geladene Ionen oder Kationen anzieht und mit einem negativen Vorzeichen (-) dargestellt wird. Die Anode ist die Elektrode, die negativ geladene Ionen oder Anionen anzieht und mit einem positiven Vorzeichen (+) dargestellt wird, die dann an eine externe Stromquelle angeschlossen wird.
Die Kathoden- und Anodenpositionen sind innerhalb einer Zelle nicht festgelegt und können sich ändern, je nachdem, was zu einem bestimmten Zeitpunkt passiert. Zum Beispiel beim Aufladen eines Akkus austauschbare Akkus.
Anoden und Kathoden im Zusammenhang mit einer Batterie können verwirrend sein, da die Kennzeichnung der positiven und negativen Seiten des Sturms nicht mit ihren jeweiligen Ladungen übereinstimmt.
Vergleichstabelle
Merkmal | Kathode | Anode |
---|---|---|
Funktion | eingrenzen (gewinnt Elektronen) | Oxidation (verliert Elektronen) |
Berechnen (Elektrolysezelle) | Schwächen | Stärken |
Berechnen (Galvanische Zelle) | Stärken | Schwächen |
Angezogene Ionen | Kationen (positiv geladene Ionen) | Anionen (negativ geladene Ionen) |
Beispiel in Batterie | Minuspol | Positiver Anschluss |
Beispiel in der Elektrolyse | Wo Metall abgelagert wird | Wo Metall gelöst wird |
Mnemonic | "Kathode Fängt Elektronen; Anode Immer spendet" |
Was ist Kathode?
Funktionen der Kathode:
1. Reduktionsreaktion:
Eine der Hauptfunktionen der Kathode besteht darin, Reduktionsreaktionen durchzuführen. Bei diesen Reaktionen nehmen positiv geladene Ionen oder neutrale Moleküle an der Kathode Elektronen auf, was zu einer Verringerung ihrer Oxidationsstufe führt. Dieser Reduktionsprozess ist für den Ausgleich der Gesamtladung in der elektrochemischen Zelle unerlässlich.
2. Elektronenempfang:
Als Ort der Reduktion fungiert die Kathode als Anschluss, über den Elektronen in den externen Stromkreis fließen. Wenn ein Reduktionsmittel, beispielsweise ein Metallion oder eine chemische Spezies mit hoher Elektronenaffinität, mit der Kathode in Kontakt kommt, nimmt es Elektronen von der Elektrode auf. Dieser Elektronentransfer trägt zum gesamten von der Zelle erzeugten elektrischen Strom bei.
3. Elektronenfluss:
Bei Oxidationsreaktionen an der Anode freigesetzte Elektronen wandern durch den externen Stromkreis zur Kathode. Dieser Elektronenfluss wird durch einen externen Leiter, beispielsweise einen Draht oder eine elektrische Last, ermöglicht. Beim Erreichen der Kathode werden diese Elektronen auf das Reduktionsmittel übertragen, wodurch die Reduktion gefördert und der elektrochemische Kreislauf geschlossen wird.
Arten von Kathoden:
1. Metallkathoden:
In vielen elektrochemischen Systemen dienen Metallelektroden als Kathoden. Diese Elektroden bestehen aus Materialien mit hoher Elektronenleitfähigkeit, beispielsweise Platin, Gold oder Kupfer. Metallkathoden werden üblicherweise in galvanischen Zellen, Elektrolysezellen und verschiedenen industriellen Prozessen eingesetzt.
2. Inerte Kathoden:
Bei bestimmten elektrolytischen Prozessen werden inerte Materialien wie Graphit oder Kohlenstoff als Kathoden verwendet. Diese inerten Elektroden nehmen nicht an den an der Kathode ablaufenden chemischen Reaktionen teil; Stattdessen dienen sie als Plattformen zur Erleichterung des Elektronentransfers und zur Förderung von Reduktionsreaktionen.
3. Halbleiterkathoden:
In speziellen Anwendungen werden Halbleitermaterialien wie Silizium oder Galliumarsenid als Kathoden eingesetzt. Halbleiterkathoden finden Anwendung in elektronischen Geräten, Solarzellen und halbleiterbasierten elektrochemischen Systemen, wo ihre einzigartigen elektronischen Eigenschaften eine präzise Steuerung von Reduktionsprozessen ermöglichen.
Was ist Anode?
Definition und Funktion
Die Kathode ist ein wesentlicher Bestandteil verschiedener elektrochemischer Systeme, einschließlich Batterien, Elektrolysezellen und Vakuumröhren. Es dient als Elektrode, an der bei diesen Prozessen Reduktionsreaktionen stattfinden.
Elektrochemische Prozesse
In elektrochemischen Zellen zieht die Kathode positiv geladene Ionen (Kationen) aus der Elektrolytlösung an. Diese Kationen durchlaufen an der Kathode Reduktionsreaktionen und nehmen Elektronen auf, um neutrale Atome oder Moleküle zu bilden. Dieser Reduktionsprozess ist von entscheidender Bedeutung für die Erzeugung elektrischer Energie in Batterien oder die Erleichterung chemischer Umwandlungen in Elektrolysezellen.
Beispiel: Batteriebetrieb
In einer wiederaufladbaren Batterie, beispielsweise einer Lithium-Ionen-Batterie, wandern Lithiumionen während des Entladevorgangs durch den Elektrolyten von der Anode zur Kathode. An der Kathode nehmen diese Ionen Elektronen auf und bilden Lithiumatome, die dann mit dem Elektrodenmaterial interagieren, Energie freisetzen und es der Batterie ermöglichen, externe Geräte mit Strom zu versorgen.
Rolle bei der Elektrolyse
In Elektrolysezellen, in denen elektrische Energie verwendet wird, um nicht spontane chemische Reaktionen anzutreiben, dient die Kathode immer noch als Ort der Reduktion. Dabei liefert die Kathode Elektronen an die Ionen im Elektrolyten, wodurch diese Reduktionsreaktionen eingehen und sich als neutrale Spezies auf der Kathodenoberfläche ablagern.
Beispiel: Galvanisieren
Beim Galvanisieren zieht die Kathode Metallionen aus der Elektrolytlösung an. Diese Ionen nehmen an der Kathode Elektronen auf und bilden eine Metallschicht auf der Oberfläche des zu plattierenden Objekts. Dieses Verfahren wird in der Industrie häufig zur Beschichtung von Gegenständen mit Metallen wie Gold, Silber oder Chrom eingesetzt.
Hauptunterschiede zwischen Kathode und Anode
- Berechnen:
- Kathode: Zieht positiv geladene Ionen (Kationen) an.
- Anode: Zieht negativ geladene Ionen (Anionen) an.
- Reaktion:
- Kathode: Ort der Reduktionsreaktion (Elektronenaufnahme).
- Anode: Ort der Oxidationsreaktion (Elektronenverlust).
- Elektrolysezellen:
- Kathode: Wo Reduktion stattfindet.
- Anode: Wo Oxidation stattfindet.
- Batteriebetrieb:
- Kathode: Elektrode, an der Ionen während der Entladung reduziert werden.
- Anode: Elektrode, an der Ionen während der Entladung oxidiert werden.
- Galvanotechnik:
- Kathode: Zieht Metallionen aus der Lösung an und bildet eine Metallbeschichtung.
- Anode: Löst Metallionen auf und gibt sie an die Lösung ab.
Letzte Aktualisierung: 05. März 2024
Piyush Yadav hat die letzten 25 Jahre als Physiker in der örtlichen Gemeinde gearbeitet. Er ist ein Physiker, der sich leidenschaftlich dafür einsetzt, die Wissenschaft für unsere Leser zugänglicher zu machen. Er hat einen BSc in Naturwissenschaften und ein Postgraduiertendiplom in Umweltwissenschaften. Sie können mehr über ihn auf seinem lesen Bio-Seite.
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