Kathode versus anode: verschil en vergelijking

De kathode is de elektrode waar reductie (versterking van elektronen) optreedt in een elektrochemische cel of tijdens elektrolyse. Omgekeerd is de anode de elektrode waar oxidatie (verlies van elektronen) plaatsvindt. Samenvattend trekt de kathode kationen aan en ondergaat reductie, terwijl de anode anionen aantrekt en oxidatie ondergaat.

Key Takeaways

1. Kathodes zijn elektroden waar reductie plaatsvindt, waarbij elektronen worden gewonnen; anoden zijn elektroden waar oxidatie plaatsvindt, waarbij elektronen verloren gaan.
2. In elektrochemische cellen trekken kathoden positief geladen ionen (kationen) aan; anoden trekken negatief geladen ionen (anionen) aan.
3. In batterijen is de kathode de positieve pool en de anode de negatieve pool; bij elektrolyse is de anode positief en de kathode negatief.

Kathode versus anode

De kathode is de elektrode die positief geladen ionen of kationen aantrekt en wordt weergegeven met een negatief teken (-). De anode is de elektrode die negatief geladen ionen of anionen aantrekt en wordt weergegeven met een positief teken (+), die vervolgens wordt aangesloten op een externe stroombron.

De kathode- en anodelocaties zijn niet vast in een cel en kunnen veranderen afhankelijk van wat er op een bepaald moment gebeurt. Bijvoorbeeld bij het opladen van een oplaadbare Accu.

Anodes en kathodes in de context van een batterij kunnen verwarrend zijn, omdat de etikettering van de positieve en negatieve kanten van de storm niet overeenkomt met hun respectieve ladingen.

---

 

Vergelijkingstabel

Kenmerk	Kathode	Anode
Functie	Reductie (krijgt elektronen)	Oxydatie (verliest elektronen)
laden (Elektrolytische cel)	Negatief	Positief
laden (Galvanische cel)	Positief	Negatief
Aangetrokken ionen	kationen (positief geladen ionen)	anionen (negatief geladen ionen)
Voorbeeld in Batterij	Negatieve terminal	Positieve terminal
Voorbeeld in elektrolyse	Waar metaal wordt afgezet	Waar metaal is opgelost
ezelsbruggetje	"Kathode Vangsten elektronen; Anode Altijd doneert"

---

 

Wat is kathode?

Functies van de kathode:

1. Reductiereactie:

Een van de belangrijkste functies van de kathode is het ondergaan van reductiereacties. Tijdens deze reacties krijgen positief geladen ionen of neutrale moleculen elektronen aan de kathode, wat resulteert in een afname van hun oxidatietoestand. Dit reductieproces is essentieel voor het in evenwicht brengen van de totale lading in de elektrochemische cel.

2. Elektronenontvangst:

Als reductieplaats fungeert de kathode als de terminal waar elektronen naar het externe circuit stromen. Wanneer een reductiemiddel, zoals een metaalion of een chemische soort met een hoge elektronenaffiniteit, in contact komt met de kathode, accepteert het elektronen van de elektrode. Deze elektronenoverdracht draagt ​​bij aan de totale elektrische stroom die door de cel wordt gegenereerd.

3. Elektronenstroom:

Elektronen die vrijkomen tijdens oxidatiereacties aan de anode, reizen door het externe circuit naar de kathode. Deze elektronenstroom wordt mogelijk gemaakt door een externe geleider, zoals een draad of een elektrische belasting. Bij het bereiken van de kathode worden deze elektronen overgebracht naar het reductiemiddel, waardoor de reductie wordt bevorderd en het elektrochemische circuit wordt voltooid.

Soorten kathoden:

1. Metaalkathoden:

In veel elektrochemische systemen dienen metalen elektroden als kathodes. Deze elektroden bestaan ​​uit materialen met een hoge elektronengeleiding, zoals platina, goud of koper. Metaalkathodes worden gewoonlijk gebruikt in galvanische cellen, elektrolytische cellen en diverse industriële processen.

2. Inerte kathoden:

Bij bepaalde elektrolytische processen worden inerte materialen, zoals grafiet of koolstof, als kathodes gebruikt. Deze inerte elektroden nemen niet deel aan de chemische reacties die plaatsvinden aan de kathode; in plaats daarvan dienen ze als platforms voor het vergemakkelijken van elektronenoverdracht en het bevorderen van reductiereacties.

3. Halfgeleiderkatheden:

In gespecialiseerde toepassingen worden halfgeleidermaterialen, zoals silicium of galliumarsenide, als kathodes gebruikt. Halfgeleiderkathodes worden toegepast in elektronische apparaten, zonnecellen en op halfgeleiders gebaseerde elektrochemische systemen, waar hun unieke elektronische eigenschappen nauwkeurige controle over reductieprocessen mogelijk maken.

 

Wat is anode?

Definitie en functie

De kathode is een essentieel onderdeel van verschillende elektrochemische systemen, waaronder batterijen, elektrolytische cellen en vacuümbuizen. Het dient als de elektrode waar tijdens deze processen reductiereacties optreden.

Elektrochemische processen

In elektrochemische cellen trekt de kathode positief geladen ionen (kationen) uit de elektrolytoplossing. Deze kationen ondergaan reductiereacties aan de kathode, waarbij ze elektronen verkrijgen om neutrale atomen of moleculen te vormen. Dit reductieproces is cruciaal voor het opwekken van elektrische energie in batterijen of het faciliteren van chemische transformaties in elektrolytische cellen.

Voorbeeld: werking op batterij

In een oplaadbare batterij, zoals een lithium-ionbatterij, bewegen lithiumionen tijdens het ontladingsproces van de anode naar de kathode via de elektrolyt. Bij de kathode accepteren deze ionen elektronen en vormen lithiumatomen, die vervolgens interageren met het elektrodemateriaal, waardoor energie vrijkomt en de batterij externe apparaten van stroom kan voorzien.

Rol in elektrolyse

In elektrolytische cellen, waar elektrische energie wordt gebruikt om niet-spontane chemische reacties aan te sturen, dient de kathode nog steeds als plaats van reductie. Hier levert de kathode elektronen aan de ionen in de elektrolyt, waardoor deze reductiereacties ondergaan en zich als neutrale soorten op het kathodeoppervlak afzetten.

Voorbeeld: galvaniseren

Tijdens het galvaniseren trekt de kathode metaalionen uit de elektrolytoplossing aan. Deze ionen nemen elektronen op bij de kathode en vormen een metalen coating op het oppervlak van het te plateren object. Dit proces wordt veelvuldig gebruikt in industrieën voor het coaten van objecten met metalen zoals goud, zilver of chroom.

---

Belangrijkste verschillen tussen kathode en anode

1. laden:
   • Kathode: trekt positief geladen ionen (kationen) aan.
   • Anode: trekt negatief geladen ionen (anionen) aan.
2. Reactie:
   • Kathode: plaats van reductiereactie (versterking van elektronen).
   • Anode: plaats van oxidatiereactie (verlies van elektronen).
3. Elektrolytische cellen:
   • Kathode: Waar reductie plaatsvindt.
   • Anode: Waar oxidatie optreedt.
4. Batterijgebruik:
   • Kathode: Elektrode waarbij ionen worden gereduceerd tijdens ontlading.
   • Anode: Elektrode waar ionen worden geoxideerd tijdens ontlading.
5. electroplating:
   • Kathode: Trekt metaalionen uit de oplossing aan en vormt een metalen coating.
   • Anode: lost metaalionen op en laat ze vrij in de oplossing.

Referenties

1. https://www.nature.com/articles/srep02671
2. https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.1710038

Laatst bijgewerkt: 05 maart 2024