Was ist eine Elektrolysekathode?
Eine Elektrolysekathode ist der Knoten, an dem sich Kationen sammeln, die positiv geladenen Ionen einer Elektrolysezersetzung. Elektrolyse bezieht sich auf den Prozess des Leitens eines elektrischen Gleichstroms durch eine chemische Lösung, die aus positiven und negativen Ionen besteht. Dazu werden zwei Elektroden, die jeweils einen an eine externe Stromquelle angeschlossenen Stromleiter enthalten, in eine chemische Lösung eingelegt, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen - eine Trennung der Lösung in ihre basischen Ionen. Die Elektroden sind die Kathode und die Anode, wobei die Anode der Knoten ist, an dem sich Anionen, negativ geladene Ionen, sammeln.
Die Elektrolysekathode besteht üblicherweise aus Silizium, Graphit oder einem Metall wie Kupfer, Stahl oder Lithiumeisenphosphat. Der Zweck der Kathode besteht darin, Elektronen abzugeben, wodurch sie eine negative Gesamtladung aufweist, die alle in der Lösung enthaltenen Kationen anzieht. Der Prozess, durch den diese Kationen zur Elektrolysekathode wandern, ist als Reduktion bekannt. Zusammen mit der Oxidation, dem Prozess, durch den Anionen zur Anode wandern, ermöglicht die Reduktion die Zersetzung einer Lösung.
Die Elektrolyse und damit der Begriff der Elektrolysekathode wurde erstmals 1800 von William Nicholson und Anthony Carlisle entwickelt. Nicholson und Carlisle wollten ein früheres Experiment von Alessandro Volta wiederholen, einem italienischen Wissenschaftler, der entdeckte, dass mit Strom Strom erzeugt werden kann zwei Metalle, die an einem Leiter befestigt sind - beispielsweise Muskelgewebe oder Salzlösung. In Anlehnung an Voltas Ergebnisse haben Nicholson und Carlisle ihr Experiment auf ähnliche Weise mit Metallplatten, einem Leiter und einem Elektroskop durchgeführt, um Änderungen der elektrischen Ladung zu messen.
Es war schwierig, Kontakt zwischen den Platten und dem Elektroskop herzustellen und aufrechtzuerhalten, daher verwendeten Nicholson und Carlisle Wasser als Bindemittel. Bei der Durchführung des Experiments stellten sie schockiert fest, dass sich das Wasser in positive Wasserstoffionen, die als Wasserstoffgas auftraten, und in negative Sauerstoffionen, die sich als Sauerstoffgas erwiesen, zersetzte. Unbeabsichtigt hatten die beiden britischen Wissenschaftler gerade den chemischen Prozess der Elektrolyse entdeckt und die Bedeutung der Elektrolysekathode hervorgehoben.
Es gibt viele kommerzielle und industrielle Verwendungen für eine Elektrolysekathode. Diese Anwendungen umfassen das Aufladen von Akkus; Erzeugung großer Mengen Wasserstoffgas, Chlorlösung und Natriumhydroxid durch Salzwasserelektrolyse; und Galvanisieren verschiedener Materialien, um sie fester und zuverlässiger zu machen. Ohne diese wichtige Elektrode würden viele chemische Prozesse, von denen die moderne Industrie abhängt, nicht existieren.