Anode – Wikipedia

Elektrode, durch die herkömmlicher Strom in ein polarisiertes elektrisches Gerät fließt

Ein Anode ist eine Elektrode, durch die der herkömmliche Strom in eine polarisierte elektrische Vorrichtung eintritt. Dies steht im Gegensatz zu einer Kathode, einer Elektrode, durch die herkömmlicher Strom ein elektrisches Gerät verlässt. Eine gebräuchliche Mnemonik ist ACID für “Anodenstrom in das Gerät”.[1] Die Richtung des herkömmlichen Stroms (der Fluss positiver Ladungen) in einem Stromkreis ist der Richtung des Elektronenflusses entgegengesetzt, so dass (negativ geladene) Elektronen aus der Anode einer galvanischen Zelle in einen mit der Zelle verbundenen äußeren oder externen Stromkreis fließen. Sowohl in einer galvanischen Zelle als auch in einer Elektrolysezelle ist die Anode die Elektrode, an der die Oxidationsreaktion stattfindet.

In einer Elektrolysezelle wird die Anode ist der Draht oder die Platte mit einer übermäßigen positiven Ladung.[2] Folglich neigen Anionen dazu, sich zur Anode zu bewegen, wo sie oxidieren können.

Historisch gesehen ist die Anode auch als die bekannt Zinkcode.

Ladungsfluss[edit]

Die Begriffe Anode und Kathode werden nicht durch die Spannungspolarität der Elektroden definiert, sondern durch die Richtung des Stroms durch die Elektrode. Eine Anode ist eine Elektrode, durch die herkömmlicher Strom (positive Ladung) von einem externen Stromkreis in die Vorrichtung fließt, während eine Kathode eine Elektrode ist, durch die herkömmlicher Strom aus der Vorrichtung fließt. Wenn der Strom durch die Elektroden die Richtung umkehrt, wie dies beispielsweise bei einer wiederaufladbaren Batterie beim Laden der Fall ist, wird die Benennung der Elektroden als Anode und Kathode umgekehrt.

Herkömmlicher Strom hängt nicht nur von der Richtung ab, in die sich die Ladungsträger bewegen, sondern auch von der elektrischen Ladung der Ladungsträger. Die Ströme außerhalb des Geräts werden normalerweise von Elektronen in einem Metallleiter getragen. Da Elektronen eine negative Ladung haben, ist die Richtung des Elektronenflusses der Richtung des herkömmlichen Stroms entgegengesetzt. Folglich verlassen Elektronen die Vorrichtung durch die Anode und treten durch die Kathode in die Vorrichtung ein.

Die Definition von Anode und Kathode unterscheidet sich für elektrische Geräte wie Dioden und Vakuumröhren, bei denen die Elektrodenbezeichnung festgelegt ist und nicht vom tatsächlichen Ladungsfluss (Strom) abhängt. Diese Vorrichtungen ermöglichen normalerweise einen wesentlichen Stromfluss in eine Richtung, aber einen vernachlässigbaren Strom in die andere Richtung. Daher werden die Elektroden basierend auf der Richtung dieses “Vorwärts” -Stroms benannt. In einer Diode ist die Anode der Anschluss, durch den Strom eintritt, und die Kathode ist der Anschluss, durch den Strom austritt, wenn die Diode in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Die Namen der Elektroden ändern sich nicht, wenn Rückstrom durch das Gerät fließt. In ähnlicher Weise kann in einer Vakuumröhre nur eine Elektrode aufgrund der Erwärmung durch ein Filament Elektronen in die evakuierte Röhre emittieren, so dass Elektronen nur über die beheizte Elektrode vom externen Stromkreis in die Vorrichtung gelangen können. Daher wird diese Elektrode permanent als Kathode bezeichnet, und die Elektrode, durch die die Elektronen aus der Röhre austreten, wird als Anode bezeichnet.

Beispiele[edit]

Elektrischer Strom und Elektronenrichtungen für eine Sekundärbatterie während des Entladens und Ladens.

Die Polarität der Spannung an einer Anode in Bezug auf eine zugehörige Kathode variiert je nach Gerätetyp und Betriebsart. In den folgenden Beispielen ist die Anode in einem Gerät, das Strom liefert, negativ und in einem Gerät, das Strom verbraucht, positiv:

In einer entladenden Batterie oder galvanischen Zelle (Diagramm rechts) ist die Anode der negative Anschluss, da dort herkömmlicher Strom in die Zelle fließt. Dieser Einwärtsstrom wird extern von Elektronen getragen, die sich nach außen bewegen, wobei die in eine Richtung fließende negative Ladung elektrisch der in die entgegengesetzte Richtung fließenden positiven Ladung entspricht.

In einer Ladebatterie oder einer Elektrolysezelle ist die Anode der positive Anschluss, der Strom von einem externen Generator empfängt. Der Strom durch eine Ladebatterie ist der Stromrichtung während der Entladung entgegengesetzt; Mit anderen Worten, die Elektrode, die während der Batterieentladung die Kathode war, wird zur Anode, während die Batterie aufgeladen wird.

Diese Mehrdeutigkeit in der Anoden- und Kathodenbezeichnung führt zu Verwirrung in der Batterietechnik, da es erforderlich ist, dass Anode und Kathode eindeutigen physikalischen Komponenten zugeordnet sind. Die übliche Konvention besteht darin, die Elektrode einer Batterie, die während der Entladung Elektronen freisetzt, als Anode oder negative (-) Elektrode und die Elektrode, die die Elektronen absorbiert, als Kathode oder positive (+) zu bezeichnen. Elektrode.

Die Benennung der physikalischen Elektroden als positiv (+) oder negativ (-) hat den zusätzlichen Vorteil, dass diese Terminologie sowohl für Lade- / Entladebedingungen für wiederaufladbare Batterien als auch für Elektrochemie und elektronische Geräte gleichermaßen gilt.

In einer Diode ist die Anode der positive Anschluss am Ende des Pfeilsymbols (flache Seite des Dreiecks), an dem Strom in das Gerät fließt. Beachten Sie, dass die Elektrodenbezeichnung für Dioden immer auf der Richtung des Durchlassstroms basiert (der des Pfeils, in der der Strom “am leichtesten” fließt), selbst für Typen wie Zenerdioden oder Solarzellen, bei denen der interessierende Strom der ist Rückstrom.

In Vakuumröhren oder gasgefüllten Röhren ist die Anode der Anschluss, an dem Strom in die Röhre eintritt.

Etymologie[edit]

Das Wort wurde 1834 aus dem Griechischen ἄνοδος (Anodos), “Aufstieg”, von William Whewell, der konsultiert worden war[3] von Michael Faraday über einige neue Namen, die benötigt werden, um ein Papier über den kürzlich entdeckten Prozess der Elektrolyse zu vervollständigen. In diesem Artikel erklärte Faraday, dass, wenn eine Elektrolysezelle so ausgerichtet ist, dass elektrischer Strom den “zersetzenden Körper” (Elektrolyt) in eine Richtung “von Ost nach West” durchquert, oder, was diese Hilfe für das Gedächtnis stärkt, diejenige, in der sich die Sonne befindet scheint sich zu bewegen “, die Anode ist dort, wo der Strom auf der Ostseite in den Elektrolyten eintritt:”ano nach oben, odos Weg; die Art und Weise, wie die Sonne aufgeht “.[4][5]

Die Verwendung von “Ost” als “In” -Richtung (tatsächlich “In” → “Ost” → “Sonnenaufgang” → “Auf”) kann erfunden erscheinen. Zuvor hatte Faraday, wie in der oben zitierten ersten Referenz erwähnt, den einfacheren Begriff “Episode” (die Tür, durch die der Strom eintritt) verwendet. Seine Motivation, es in etwas zu ändern, das “Ostelektrode” bedeutet (andere Kandidaten waren “Ostode”, “Oriode” und “Anatolode”), bestand darin, es immun gegen eine mögliche spätere Änderung der Richtungskonvention für Strom zu machen, deren genaue Natur war zu der Zeit nicht bekannt. Der Bezug, den er zu diesem Effekt verwendete, war die Magnetfeldrichtung der Erde, die zu dieser Zeit als unveränderlich angesehen wurde. Grundsätzlich definierte er seine willkürliche Ausrichtung für die Zelle als diejenige, in der der interne Strom parallel und in derselben Richtung wie eine hypothetische Magnetisierungsstromschleife um die lokale Breitengradlinie fließen würde, die ein magnetisches Dipolfeld induzieren würde, das wie das der Erde ausgerichtet ist. Dies machte den internen Strom von Ost nach West, wie bereits erwähnt, aber im Falle einer späteren Änderung der Konvention wäre er von West nach Ost geworden, so dass die Ostelektrode nicht mehr der “Weg” gewesen wäre. Daher wäre “Episode” unangemessen geworden, während “Anode”, was “Ostelektrode” bedeutet, in Bezug auf die unveränderte Richtung des tatsächlichen Phänomens, das dem Strom zugrunde liegt, korrekt geblieben wäre, damals unbekannt, aber, wie er dachte, durch die magnetische Referenz eindeutig definiert . Rückblickend war die Namensänderung unglücklich, nicht nur, weil die griechischen Wurzeln allein die Funktion der Anode nicht mehr offenbaren, sondern vor allem, weil, wie wir jetzt wissen, die Magnetfeldrichtung der Erde, auf der der Begriff “Anode” basiert, unterliegt Umkehrungen, während die derzeitige Richtungskonvention, auf der der Begriff “Episode” basiert, keinen Grund hat, sich in Zukunft zu ändern.

Seit der späteren Entdeckung des Elektrons, das technisch leichter zu merken und dauerhaft zu korrigieren ist, obwohl es historisch falsch ist, wurde eine Etymologie vorgeschlagen: Anode aus dem Griechischen Anodos, ‘Weg nach oben’, ‘Weg (nach oben) aus der Zelle (oder einem anderen Gerät) für Elektronen’.

Elektrolytische Anode[edit]

In der Elektrochemie ist die Anode Hier tritt Oxidation auf und ist der Kontakt mit positiver Polarität in einer Elektrolysezelle.[6] An der Anode werden Anionen (negative Ionen) durch das elektrische Potential gezwungen, chemisch zu reagieren und Elektronen (Oxidation) abzugeben, die dann nach oben in den Ansteuerkreis fließen. Mnemonik: LEO Red Cat (Elektronenverlust ist Oxidation, Reduktion tritt an der Kathode auf) oder AnOx Red Cat (Anodenoxidation, Reduktionskathode) oder OIL RIG (Oxidation ist Verlust, Reduktion ist Elektronengewinn) oder römisch-katholisch und Orthodox (Reduktion – Kathode, Anode – Oxidation) oder LEO, sagt der Löwe GER (Elektronen verlieren ist Oxidation, Elektronen gewinnen ist Reduktion).

Dieses Verfahren ist in der Metallveredelung weit verbreitet. Beispielsweise werden beim Kupferraffinieren Kupferanoden, ein Zwischenprodukt aus den Öfen, in einer geeigneten Lösung (wie Schwefelsäure) elektrolysiert, um Kathoden mit hoher Reinheit (99,99%) zu ergeben. Mit diesem Verfahren hergestellte Kupferkathoden werden auch als elektrolytisches Kupfer bezeichnet.

In der Vergangenheit wurden Graphit (zu Faradays Zeiten Plumbago genannt) oder Platin gewählt, wenn nicht reaktive Anoden für die Elektrolyse gewünscht wurden.[7] Es wurde festgestellt, dass sie zu den am wenigsten reaktiven Materialien für Anoden gehören. Platin erodiert im Vergleich zu anderen Materialien sehr langsam, und Graphit zerbröckelt und kann in wässrigen Lösungen Kohlendioxid produzieren, ist aber ansonsten nicht an der Reaktion beteiligt.

Batterie oder galvanische Zellenanode[edit]

In einer Batterie oder einer galvanischen Zelle ist die Anode die negative Elektrode, von der Elektronen zum äußeren Teil des Stromkreises herausfließen. Intern fließen die positiv geladenen Kationen von der Anode weg (obwohl sie negativ sind und daher erwartet werden, dass sie sie anziehen, ist dies darauf zurückzuführen, dass das Elektrodenpotential in Bezug auf die Elektrolytlösung für die Anoden- und Kathodenmetall / Elektrolytsysteme unterschiedlich ist); Außerhalb der Zelle in der Schaltung werden Elektronen jedoch erwartungsgemäß durch den negativen Kontakt und damit durch die Schaltung durch das Spannungspotential herausgedrückt. Hinweis: In einer galvanischen Zelle fließen im Gegensatz zu einer elektrolytischen Zelle keine Anionen zur Anode, wobei der interne Strom vollständig durch die von ihr wegfließenden Kationen erklärt wird (siehe Zeichnung).

Batteriehersteller können die negative Elektrode als Anode betrachten.[8] insbesondere in ihrer Fachliteratur. Obwohl technisch nicht korrekt, löst es das Problem, welche Elektrode die Anode in einer sekundären (oder wiederaufladbaren) Zelle ist. Unter Verwendung der herkömmlichen Definition schaltet die Anode zwischen Lade- und Entladezyklen um.

Vakuumröhrenanode[edit]

Schnittdiagramm einer Triodenvakuumröhre mit Darstellung der Platte (Anode)

In elektronischen Vakuumvorrichtungen wie einer Kathodenstrahlröhre ist die Anode der positiv geladene Elektronenkollektor. In einer Röhre ist die Anode eine geladene positive Platte, die die von der Kathode durch elektrische Anziehung emittierten Elektronen sammelt. Es beschleunigt auch den Fluss dieser Elektronen.

Diodenanode[edit]

Diodensymbol

In einer Halbleiterdiode ist die Anode die P-dotierte Schicht, die anfänglich Löcher an den Übergang liefert. Im Übergangsbereich verbinden sich die von der Anode gelieferten Löcher mit Elektronen, die aus dem N-dotierten Bereich geliefert werden, wodurch eine abgereicherte Zone entsteht. Da die P-dotierte Schicht dem abgereicherten Bereich Löcher zuführt, bleiben negative Dotierstoffionen in der P-dotierten Schicht zurück (“P” für positive Ladungsträgerionen). Dies erzeugt eine negative Basisladung an der Anode. Wenn eine positive Spannung von der Schaltung an die Anode der Diode angelegt wird, können mehr Löcher in den abgereicherten Bereich übertragen werden, und dies bewirkt, dass die Diode leitend wird, wodurch Strom durch die Schaltung fließen kann. Die Begriffe Anode und Kathode sollten nicht auf eine Zenerdiode angewendet werden, da sie abhängig von der Polarität des angelegten Potentials (dh der Spannung) einen Fluss in beide Richtungen ermöglicht.

Opferanode[edit]

Beim kathodischen Schutz ist eine Metallanode, die gegenüber der korrosiven Umgebung des zu schützenden Systems reaktiver ist, elektrisch mit dem geschützten System verbunden und korrodiert oder löst sich teilweise auf, wodurch das Metall des Systems geschützt wird, mit dem es verbunden ist. Beispielsweise kann der Schiffsrumpf eines Eisen- oder Stahlschiffs durch eine Zinkopferanode geschützt werden, die sich im Meerwasser auflöst und verhindert, dass der Rumpf korrodiert. Opferanoden werden insbesondere für Systeme benötigt, bei denen durch die Einwirkung fließender Flüssigkeiten wie Rohrleitungen und Wasserfahrzeuge eine statische Aufladung erzeugt wird. Opferanoden werden im Allgemeinen auch in Warmwasserbereitern vom Tank-Typ verwendet.

Um die Auswirkungen dieser zerstörerischen elektrolytischen Wirkung auf Schiffsrümpfe, deren Befestigungen und Unterwasserausrüstung zu verringern, entwickelte der Wissenschaftler und Ingenieur Humphry Davy 1824 das erste und immer noch am weitesten verbreitete Schiffselektrolyseschutzsystem. Davy installierte Opferanoden aus einem elektrisch reaktiveren (weniger edlen) Metall, das am Schiffsrumpf befestigt und elektrisch verbunden war, um eine kathodische Schutzschaltung zu bilden.

Ein weniger offensichtliches Beispiel für diese Art des Schutzes ist das Verzinken von Eisen. Bei diesem Verfahren werden Eisenstrukturen (z. B. Zäune) mit einer Beschichtung aus Zinkmetall beschichtet. Solange das Zink intakt bleibt, ist das Eisen vor Korrosion geschützt. Unweigerlich wird die Zinkbeschichtung durch Risse oder physikalische Schäden beschädigt. Sobald dies auftritt, wirken korrosive Elemente als Elektrolyt und die Zink / Eisen-Kombination als Elektroden. Der resultierende Strom stellt sicher, dass die Zinkbeschichtung geopfert wird, das Basiseisen jedoch nicht korrodiert. Eine solche Beschichtung kann eine Eisenstruktur für einige Jahrzehnte schützen, aber sobald die Schutzbeschichtung verbraucht ist, korrodiert das Eisen schnell.

Wenn umgekehrt Zinn zum Beschichten von Stahl verwendet wird, beschleunigt ein Bruch der Beschichtung tatsächlich die Oxidation des Eisens.

Beeindruckte Stromanode[edit]

Ein weiterer kathodischer Schutz wird an der eingeprägten Stromanode verwendet.[9] Es besteht aus Titan und ist mit gemischtem Metalloxid bedeckt. Im Gegensatz zum Opferanodenstab opfert die eingeprägte Stromanode ihre Struktur nicht. Diese Technologie verwendet einen externen Strom, der von einer Gleichstromquelle bereitgestellt wird, um den kathodischen Schutz zu erzeugen.[10] Geprägte Stromanoden werden in größeren Strukturen wie Rohrleitungen, Booten und Warmwasserbereitern verwendet.[11]

Verwandte Antonyme[edit]

Das Gegenteil einer Anode ist eine Kathode. Wenn der Strom durch die Vorrichtung umgekehrt wird, funktioniert der Elektrodenschalter, so dass die Anode zur Kathode wird, während die Kathode zur Anode wird, solange der umgekehrte Strom angelegt wird, mit Ausnahme von Dioden, bei denen die Elektrodenbenennung immer auf der Vorwärtsstromrichtung basiert.

Siehe auch[edit]

Verweise[edit]

  1. ^ Denker, John (2004). “Wie man Anode und Kathode definiert”. av8n.com. Archiviert von das Original am 28. März 2006.
  2. ^ Pauling, Linus; Pauling, Peter (1975). Chemie. San Francisco: WH Freeman. ISBN 978-0716701767. OCLC 1307272.
  3. ^ Ross, S. (1961). “Faraday konsultiert die Gelehrten: Die Ursprünge der Begriffe der Elektrochemie”. Notizen und Aufzeichnungen der Royal Society of London. 16 (2): 187–220. doi:10.1098 / rsnr.1961.0038. S2CID 145600326.
  4. ^ Faraday, Michael (Januar 1834). “Experimentelle Forschungen in der Elektrizität. Siebte Reihe”. Philosophische Transaktionen der Royal Society. 124 (1): 77. Bibcode:1834RSPT..124 … 77F. doi:10.1098 / rstl.1834.0008. S2CID 116224057. Archiviert vom Original am 9. Dezember 2017. in dem Faraday die Wörter einführt Elektrode, Anode, Kathode, Anion, Kation, Elektrolyt, Elektrolyse
  5. ^ Faraday, Michael (1849). “Experimentelle Forschungen in der Elektrizität”. 1. hdl:2027 / uc1.b4484853. Archiviert vom Original am 9. Dezember 2017. Abdruck
  6. ^ McNaught, AD; Wilkinson, A. (1997). IUPAC-Kompendium für chemische Terminologie (2. Aufl.). Oxford: Blackwell Scientific Publications. doi:10.1351 / goldbook.A00370. ISBN 978-0-9678550-9-7.
  7. ^ Faraday, Michael (1849). Experimentelle Forschungen in der Elektrizität. 1. London: Die Universität von London.
  8. ^ “Was ist die Anode, Kathode und Elektrolyt?”. Seite mit häufig gestellten Fragen zu Duracell. Abgerufen 24. Oktober 2020.
  9. ^ https://www.specialistcastings.com/anodes/impressed-current-protection-anodes/#:~:text=Impressed%20Current%20Protection%20Anodes%2C%20(sometimes,metal%20structure%20to%20be%20protected
  10. ^ https://www.corrosionpedia.com/definition/2186/impressed-current-anode
  11. ^ https://www.corroprotec.com/powered-anode-rod/

Externe Links[edit]