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{{Begriffsklärungshinweis|Zu Schweißelektroden siehe [[Stabelektrode]].}}
Eine '''Elektrode''' [{{IPA|elɛkˈtroːdə}}] (von [[Altgriechische Sprache|altgriechisch]] ηλεκτρόν ''elektron'', „[[Bernstein]]“, [[wikt:im übertragenen Sinn|i. ü. S.]] „elektrisch“, und {{lang|grc|ὁδός}} ''hodós,'' „Weg“) ist ein [[Elektronenleiter]], der zusammen mit einer ''Gegenelektrode'' ([[Anode]] – [[Kathode]]) mit einem [[Ausbreitungsmedium|Medium]], das sich zwischen beiden Elektroden befindet, in Wechselwirkung steht. Elektroden bestehen aus [[elektrischer Leiter|elektrischen Leitern]], meist einem [[Metalle|Metall]] oder [[Graphit]]. Sie dienen dazu, nicht elektronenleitende Bereiche mit Kabeln zu verbinden, und werden dazu beispielsweise angewendet:
* in [[elektrochemie|elektrochemischen]] [[Galvanisches Element|Elementen]]
* als Werkzeug (z. B. beim [[Widerstandspunktschweißen]]) und ggf. [[Werkstoff|Material]]<nowiki></nowiki>spender beim [[Elektroschweißen]]
* als Anschlüsse und [[Elektronenoptik|elektronenoptische]] Elemente in [[Elektronenröhre]]n.
Über die elektrische Funktion hinaus kann Elektrodenmaterial [[Metallabscheidung|abgeschieden]] oder verbraucht werden, oder in der Elektrode können physikalische Prozesse stattfinden wie in der Anode einer [[Röntgenröhre]].

== Elektroden im Gas oder Vakuum oder mit Isolator ==
[[Datei:Fluorescent Lamp electrode.jpg|mini|Glühelektrode in einer [[Gasentladungslampe|Gasentladungslampe]]]]
Je nach Art des Mediums, das die Elektrode umgibt, kommt es zu unterschiedlichen Formen der Wechselwirkung:
* Ist das Medium ein [[Nichtleiter|Isolator]], so baut sich zwischen den Elektroden ein [[elektrisches Feld]] auf. Diese Konfiguration wird [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensator]] genannt. Siehe hierzu jedoch auch [[stille elektrische Entladung]].
* 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 [[Elektron]]en von einer Elektrode, der Kathode, zur anderen, der Anode, bewegen, wenn der Austritt aus der Kathode ermöglicht wird, z. B. durch [[Feldemission]] oder [[Elektronenemission|thermische Emission]] bzw. den [[Edison-Richardson-Effekt]], wie dies bei verschiedenen Elektronenröhren mit [[Glühkathode]]n der Fall ist.
* Ist das Medium ein Gas, dann werden die [[Atom]]e bzw. [[Molekül]]e des Gases teilweise [[ionisiert]], so dass ein [[Plasma (Physik)|Plasma]] entsteht. Im Plasma bewegen sich neben den Elektronen auch die [[Ion]]en im elektrischen Feld, wie bei einer [[Gasentladungslampe]]. Auch die Elektroden der [[Zündkerze]]n, die [[Schweißelektrode]]n beim Elektroschweißen und die Elektroden im Inneren der [[Düse]] beim [[Plasma-Schmelzschneiden]] 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, so dass die Materialien verbunden werden.

== Elektrochemische Elektroden ==
Hier ist das Medium, das an die Elektrode grenzt, ein flüssiger oder fester [[Ionenleiter]], der [[Elektrolyt]]. Durch [[Oxidation]]s- und [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]]s-[[Chemische Reaktion|Reaktionen]] oder durch eine äußere [[Elektrische Spannung|Spannung]] baut sich an der Elektrode ein [[elektrochemisches Potential]] auf.

Man unterscheidet vier Typen von Elektroden, je nach Art der Abhängigkeit des Potentials von der [[Konzentration (Chemie)|Konzentration]] des Elektrolyten:
# [[#Elektroden erster Art|Elektroden erster Art]]
# [[#Elektroden zweiter Art|Elektroden zweiter Art]], bei denen [[Feststoff]]e an der Reaktion beteiligt sind
# [[Redox]]-Elektroden; hier treten keine Metallionen durch die [[Phasengrenze]]n, sondern Elektronen. Das Metall selbst wird dabei ''nicht'' angegriffen, da ''kein'' Stofftransport durch die Phasengrenzen stattfindet.
# [[#Ionenselektive Elektroden|Ionenselektive Elektroden]], bei denen das Potential im Idealfall von der Konzentration nur eines bestimmten Ions abhängt.
Schließt man zwei Elektroden, die in unterschiedlich konzentrierte Elektrolyt[[Lösung (Chemie)|lösungen]] tauchen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen, über einen [[Stromkreis]] aneinander, so erhält man ein [[galvanisches Element]]. Zwischen den Elektroden ist eine Spannung messbar, die aus der [[Potentialdifferenz]] resultiert und die [[Quellenspannung]] oder „[[Reversible Reaktion|reversible]] [[Zellspannung]]“ genannt wird. Solch eine Anordnung kann [[Elektrischer Strom|Strom]] abgeben ([[Batterie (Elektrotechnik)|Batterie]]).

Durch Zuschalten einer äußeren Spannung laufen andere chemische Reaktionen an den Elektroden ab ([[Elektrolyse]]).

Die Elektroden können aus Metallen oder [[Halbleiter]]n bestehen, z. B. auch aus Graphit, [[Glaskohlenstoff]], und können flüssig ([[Quecksilber]]) oder fest sein.

Eine zum [[Korrosionsschutz]] verwendete Elektrode ist die [[Opferanode]].

In der [[Brennstoffzelle]], bei [[Gassensor]]en sowie bei einigen Batterien wird die [[Gasdiffusionselektrode]] eingesetzt.

=== Polarität ===
Für die elektrochemischen Elektroden gilt:
* Die Elektrode, an der die [[Oxidation]] abläuft, ist die [[Anode]]. Elektronen fließen von der Anode über einen Leiter ab. [[Anion]]en in Lösung fließen zur Anode.
* Die Elektrode, an der die [[Reduktion (Chemie)|Reduktion]] abläuft, ist die [[Kathode]]. Elektronen fließen über einen Leiter zur Kathode. [[Kation]]en in Lösung fließen zur Kathode.
{| class="wikitable float-right" style="text-align:center;"
|+Begriffskonventionen<ref>Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: ''Chemie.'' 8. Auflage, Georg Thieme Verlag KG, 2007, ISBN 978-3-13-484309-5, S. 352.</ref>
! !! Anode<br />(Oxidation) !! Kathode<br />(Reduktion)
|-
| Galvanische Zelle
| <big>−</big>
| <big>+</big>
|-
| Elektrolysezelle
| <big>+</big>
| <big>−</big>
|}
Welche der beiden Elektroden Plus- und welche Minus[[Elektrischer Pol|pol]] ist, hängt von der elektrochemischen Vorrichtung ab:
* Wenn die elektrische Spannung durch die chemischen Vorgänge von sich aus erzeugt wird, z. B. bei [[Galvanische Zelle|Galvanischen Zellen]] ([[Batterie (Elektrotechnik)|Batterie]] oder [[Brennstoffzelle]]), ist die Anode negativ geladen, da bei der freiwillig ablaufenden Oxidation Elektronen frei werden. Die Anode ist dann der Minuspol (−).
* Wenn die chemische Reaktion durch einen von einer äußeren Spannung hervorgerufenen Stromfluss erzwungen wird ([[Elektrolyse]], [[Galvanotechnik|Galvanisierung]]), wird die Oxidation durch den Elektronenentzug an der positiv geladenen Anode hervorgerufen: Die Anode ist in diesem Fall der Pluspol (+).

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. Man kann sich jedoch an der Flussrichtung der Elektronen orientieren. Dazu stelle man sich die Zelle schematisiert vor: Die Vorsilbe ana- bedeutet aufwärts, die Vorsilbe kata- bedeutet abwärts. In der Regel ist die Anode in Zeichnungen links dargestellt, die Kathode rechts.

=== Elektroden erster Art ===
[[Datei:Elektrode mit elektrochemischer Doppelschicht.svg|mini|hochkant|Elektrode erster Art mit elektrochemischer Doppelschicht im Elektrolyten]]
'''Elektroden erster Art''' sind Elektroden, deren [[elektrisches Potential]] direkt von der [[Stoffmengenkonzentration|Konzentration]] der sie umgebenden Elektrolytlösung abhängt. Dies sind beispielsweise alle Metalle, die in eine Lösung ihrer Metallionen (Elektrolytlösung) eintauchen. An der [[Phasengrenze]] kommt es zur Ausbildung eines [[Gleichgewicht (Systemtheorie)|Gleichgewichtes]] zwischen dem [[Lösungstension|Lösungsdruck]] des Metalles und dem [[Osmose #Osmotischer_Druck|osmotischen]] Druck der Elektrolytlösung.
* Der Lösungsdruck des Metalles kommt dadurch zustande, dass jedes Metall versucht, aus seinem [[Metallische_Bindung #Entstehung|Gitter]] [[Kation]]en zu lösen. Durch den Überschuss an Elektronen im Metall lädt es sich negativ auf. Infolge der [[Coulombsches Gesetz|Coulomb-Anziehung]] bleiben die Kationen in relativer Nähe zur Elektrode. Es bildet sich eine [[elektrochemische Doppelschicht]]. Das Vermögen eines Metalles, Kationen aus seinem Gitter zu entlassen (bzw. zuvor Elektronen abzugeben), wurde für jedes Metall in der [[Elektrochemische Spannungsreihe|elektrochemischen Spannungsreihe]] aufgelistet: je niedriger das Metall in dieser Reihe steht, desto [[Unedle Metalle|unedler]] ist es und desto höher damit auch sein Vermögen, Kationen zu entlassen.
* Die gegenläufige Tendenz kommt zustande durch den osmotischen Druck der Elektrolytlösung oder einfacher ausgedrückt: Elektrolytlösungen möchten sich [[Verdünnung|verdünnen]]. Dies erreichen sie, indem sie die gelösten Metallionen in das Gitter der Elektrode drängen und dort einbauen. Dies gelingt ihnen besonders gut, wenn viele Metallionen gelöst vorliegen. Es kommt so zur Ausbildung einer elektrochemischen Doppelschicht mit umgekehrten Vorzeichen. Unterstützt wird dieser gegenläufige Trend durch die elektrostatische Anziehung der gelösten [[Salze|Salz]]<nowiki></nowiki>ionen durch die Elektronen, die beim Lösungsvorgang des Metalls in diesem zurückbleiben.
Im Gleichgewicht halten sich also Lösungsdruck sowie osmotischer Druck und elektrischer Druck die Waage.
Auf welcher Seite das [[Chemisches Gleichgewicht|Gleichgewicht]] liegt (Lösungsdruck oder osmotischer Druck), hängt also einerseits ab von der Stellung des Metalles in der elektrochemischen Spannungsreihe und andererseits von der Konzentration der Elektrolytlösung.

=== Elektroden zweiter Art ===
'''Elektroden zweiter Art''' sind Elektroden, deren elektrisches Potential nur indirekt von der Konzentration der sie umgebenden Elektrolytlösung abhängt. Die Abweichung von einer Elektrode erster Art ist jedoch nur eine konstante Spannungsdifferenz. Elektroden zweiter Art werden als [[Bezugselektrode]]n eingesetzt.

Die Konzentrationsunabhängigkeit des Potentials wird durch den besonderen Aufbau der Elektrode erreicht. Genauer gesagt, wird durch die besondere Zusammensetzung der Elektrolytlösung das Potential konstant gehalten. Die Elektrolytlösung besteht:
* aus einer [[Sättigung (Physik)|gesättigten]] Lösung eines schwer[[Löslichkeit|löslichen]] Salzes, welches das gleiche Kation enthält wie das Metall der Elektrode, und
* aus einem gut löslichen und genau konzentrierten [[Alkalisalz]], welches das gleiche Anion enthält wie das schwerlösliche Salz.
Das Potential hängt von der Konzentration des Kations des schwerlöslichen Salzes ab. Diese Konzentration ist wiederum über das [[Löslichkeitsprodukt]] mit der Konzentration des Anions gekoppelt. Wird die Konzentration des Anions konstant gehalten, so bleibt folglich auch das Potential konstant. Diese Anionenkonzentration lässt sich nahezu konstant halten, indem deren Konzentration sehr groß gewählt wird. Durch Subtraktion dieser Spannungswerte vom Messwert erhält man das tatsächliche Potential bzw. die [[Quellenspannung]] einer Lösung.

Wichtige Bezugselektroden sind die [[Silber-Silberchlorid-Elektrode]] und die [[Kalomel-Elektrode]]. Eingesetzt werden sie beispielsweise in der [[Potentiometrie]].

=== Ionenselektive Elektroden ===
[[Datei:Ionenselektive-Elektrode.png|mini|hochkant=1.2|Schema einer ionenselektiven [[Fluoridselektive Elektrode|Fluoridelektrode]]]]
Das an '''ionenselektiven Elektroden''' gemessene Potential ist abhängig von der Konzentration (genauer der [[Aktivität (Chemie)|Aktivität]]) einer bestimmten Ionenart. Eine solche Elektrode besteht im Prinzip aus einer Elektrode, die ''nicht'' an der elektrochemischen Reaktion teilnimmt, z. B. einer [[Graphitelektrode]], und einer damit verbundenen Elektroden[[Phase (Materie)|phase]], die im einfachsten Fall aus einem schwer[[löslich]]en [[Salze|Salz]] mit der Ionenart besteht, die mit dem entsprechenden Ion in der Lösung im Gleichgewicht steht.

In der Praxis sind ionenselektive Elektroden ähnlich wie eine [[Glaselektrode]] aufgebaut, wobei die [[Membran]]en ionenspezifisch z. B. aus dem schwerlöslichen Salz (Kristallmembran) oder aus [[Kalisalz|Kali]]- oder [[Natriumhydrogencarbonat|Natron]][[glas|gläser]]n bestehen. Flüssigkeitsmembranen bestehen aus einem [[inert]]en Träger, auf denen in [[Organische Chemie|organischen]] [[Lösungsmittel]]n gelöste [[Ionophor]]e aufgezogen sind. Die Selektivität der Elektrode wird im Wesentlichen durch das [[Löslichkeitsprodukt]] und die [[Elektrolytische Leitfähigkeit|Ionenleitfähigkeit]] bestimmt. Hierbei ist außerdem zu beachten, dass viele andere in der Lösung gleichzeitig vorhandene Ionen einen Störfaktor bilden können.

Beispiele:
* Bei einer [[cadmium]]<nowiki></nowiki>selektiven Elektrode besteht die feste Elektrodenphase bzw. die Membran aus [[Cadmiumsulfid]].
* Mit einer [[Silberchlorid]]-[[Silbersulfid]]-Elektrode, die eine Silberchlorid-Silbersulfid-[[Mischkristall]]<nowiki></nowiki>membran besitzt, lassen sich sowohl die Konzentrationen von [[Silber]]<nowiki></nowiki>ionen als auch die von [[Chlorid]]- und [[Sulfid]]<nowiki></nowiki>ionen bestimmen.

Inzwischen werden viele Ionen selektiv bestimmt. In der analytischen Praxis wird u. a. die [[Fluoridselektive Elektrode|Fluoridelektrode]] zur Bestimmung von [[Fluorid]]<nowiki></nowiki>ionen in Wasser mit einer [[Genauigkeit]] bis 0,01 mg/l und in einem abgewandelten Prinzip die [[Ammoniak]]<nowiki></nowiki>elektrode (eine gasdurchlässige Membranelektrode) benutzt. Eine spezielle Entwicklung sind elektrochemische [[Biosensor]]en, z. B. [[Enzym]]<nowiki></nowiki>elektroden.<ref>H. Wenck, K. Hörner: ''Ionenselektive Elektroden'', Chemie in unserer Zeit, 23. Jahrg. 1989, Nr. 6, S. 207</ref>

=== Mikroelektroden ===
Die Vorteile von Mikroelektroden sind
* der sehr kleine Gesamtstrom (nur geringfügige Störung des zu untersuchenden Systems durch [[Reaktionsprodukt]]e
* nur kleiner [[Spannungsabfall]] in der Lösung)
* kein Einfluss (moderater) [[Strömungsmechanik|Strömungen]] auf das Messergebnis
* Nachweisbarkeit sehr geringer Konzentrationen
* Vernachlässigbarkeit [[kapazitiv]]er Effekte (dies ermöglicht sehr hohe Messraten)
* Realisierbarkeit sehr hoher [[Stromdichte]]n.

Diesen stehen Nachteile gegenüber wie ein kleiner Gesamtstrom trotz hoher Stromdichte und ein extrem großes Verhältnis von Probenvolumen zur Elektrodenoberfläche (wenn auch nur Spuren von oberflächenaktiven Stoffen vorliegen, bedecken sie leicht die gesamte Elektrodenoberfläche).<ref>Ludwig Pohlmann: Elektrochemische Messmethoden: Mikroelektroden</ref>

== Historisches ==
Die Begriffe Elektrode, Elektrolyt, Anode und Kathode entstanden auf Anregung von [[Michael Faraday]] (1791–1867) und wurden durch ihn publik gemacht.<ref>[http://web.archive.org/web/20180308231620/https://www.plasma.uaic.ro/topala/articole/Faraday%201834%20VII.pdf https://www.plasma.uaic.ro/topala/articole/Faraday%201834%20VII.pdf] ([[Web-Archivierung#Begrifflichkeiten|Memento]] vom 8. März 2018 im ''[[Internet Archive]])'' Abschnitt 662, 664 beziehungsweise 663</ref> Faraday, der kein Griechisch gelernt hatte, ließ sich dabei von [[William Whewell]] (1794–1866) beraten, dem Rektor des [[Trinity College (Cambridge)|Trinity College]] der [[Universität von Cambridge]].

== Siehe auch ==
* [[Standardelektrode]]
* [[Elektrodensteilheit]]

== Literatur ==
* ''International Electrotechnic Vocabulary'' (IEV), herausgegeben von der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC)

== Weblinks ==
{{Commonscat|Electrodes|Elektroden}}
{{Wiktionary}}
* [http://www.electropedia.org/ Das IEV im Internet]
* [http://www.ipc.uni-jena.de/downloads/Lehre/PCII/Praktikum/PCII_23_IonenselektiveElektroden.pdf Ionenselektive Elektroden Uni Jena] (PDF; 184 kB)
* {{Webarchiv | url=http://www.dcb-server.unibe.ch/dcbneu/studies/chemie/PCI/fluoridmod07.pdf | wayback=20111215160905 | text=Ionenselektive Elektroden Uni Bern}} (PDF; 50 kB)
* {{TIBAV |40359 |Linktext=Elektroden (Basiswissen Physikalische Chemie #12) |Herausgeber=Lauth |Jahr=2019 |DOI=10.5446/40359}}

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|GND=4014247-4}}

[[Kategorie:Elektrode| ]]
[[Kategorie:Elektrode (Elektrochemie)| ]]

Elektrode - Versionsgeschichte

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