Beim elektrolytischen Prozess wird ein elektrischer Strom durch einen Elektrolyten zwischen zwei leitenden Elektroden, der sogenannten Anode und Kathode, geleitet. Die Veränderungen finden dabei an den Elektroden statt.
Wenn wir die Elektroden an eine Energiequelle (Gleichstromgenerator) anschließen, ist die Elektrode, die mit dem Pluspol des Generators verbunden ist, die Anode, und die Elektrode, die mit dem Minuspol des Generators verbunden ist, ist die Kathode.
Eine Elektrolyse-Reaktion kann als die Summe zweier Halbreaktionen betrachtet werden, nämlich einer anodischen Oxidation und einer kathodischen Reduktion.
Um die Reaktionen an den Elektroden zu erklären, wird geschmolzenes Natriumchlorid herangezogen, da es nur zwei Arten von Ionen enthält. Es werden inerte Elektroden verwendet; das bedeutet, dass sie chemisch nicht mit den Natrium- und Chloridionen reagieren.
Die Natriumionen (+) oder Kationen werden von der negativen Elektrode (Kathode) angezogen. Die Kathode wird durch die Wirkung der Stromquelle, die ihr Elektronen zuführt, negativ geladen.
Die Elektronen an der Kathode befinden sich in einem Zustand hoher Potentialenergie. Das Natriumion ist positiv geladen, was bedeutet, dass es Elektronen anzieht und dass ein Elektron eines Natriumatoms eine geringere Potentialenergie hätte als ein Elektron an der Kathode. Daher bewegen sich die Elektronen der Kathode aufgrund der Potentialenergiedifferenz auf das Kation zu. An der Kathode werden die Natriumionen durch die Aufnahme eines Elektrons zu Natriumatomen. Dies ist eine chemische Reaktion, die sich mit der folgenden Gleichung darstellen lässt:
Na+ + e− → Na0
Diese chemische Reaktion stellt einen Elektronengewinn dar; daher wurde das Natrium reduziert und ging in den metallischen Zustand über. Folglich handelt es sich bei der chemischen Reaktion, die stets an der Kathode stattfindet, um eine Redaktion.
Die Anode ist positiv, da die Stromquelle Elektronen aus ihr herauspumpt und zudem Chloridionen (-) oder Anionen anzieht. An der Anode besitzen die Elektronen eine niedrige potenzielle Energie. Die äußeren Elektronen des Chloridions befinden sich hingegen in einem
Zustand mit hoher potenzieller Energie. Wenn die Chloridionen die Anode erreichen, liefern sie dieser Elektronen. Die Elektronen wechseln von einem Zustand mit hoher potenzieller Energie in einen Zustand mit niedriger potenzieller Energie. Die an der Anode stattfindende Reaktion lässt sich durch eine weitere Gleichung darstellen:
2Cl− → Cl₂ + 2e−
Chloridionen geben Elektronen ab und wandeln sich in Chloratome um, die wiederum Moleküle des gasförmigen Chlors bilden. Die anodische Reaktion ist immer eine Oxidationsreaktion.
Oxidations- und Reduktionsreaktionen finden gleichzeitig, aber getrennt voneinander statt, da sie an unterschiedlichen Stellen ablaufen. Die Stromquelle erzeugt keine Elektronen, sondern transportiert sie lediglich von einem Ort zum anderen; somit stammen die Elektronen, die die Stromquelle der Kathode zuführt, von der Anode. Die Aufgabe der Stromquelle besteht darin, die potenzielle Energie der Elektronen an der Kathode zu erhöhen.
Diese Elektrodenreaktionen werden als Halbreaktionen bezeichnet, und die Gesamtgleichung für die Elektrolyse von Natriumchlorid lautet:
2Na+ + 2Cl− → 2Na0 + Cl2
Die Art der Reaktionen an der Elektrode hängt von der angelegten Potentialdifferenz bzw. Spannung ab.
Quelle: FES-CUAUTITLÁN Mtro. FELIPE DÍAZ DEL CASTILLO R.