En elektrod är en ledare som överför en elektrisk ström från ett medium till ett annat, vanligtvis från en strömkälla till en enhet eller ett material. Det kan ta ett antal olika former, inklusive en tråd, en platta eller en stång, och är oftast gjord av metall, såsom koppar, silver, bly eller zink, men kan också vara gjord av ett icke-metalliskt ämne som leder elektricitet, som grafit. Elektroder används vid svetsning, galvanisering, batterier, medicin och i industrin för processer som involverar elektrolys.
Anoder och katoder
I fallet med en likström (DC) kommer elektroderna i par och är kända som anoder och katoder. För ett batteri, eller annan likströmskälla, definieras katoden som den elektrod från vilken strömmen går och anoden som den punkt där den återvänder. Av skäl som är historiska snarare än vetenskapliga, avbildas elektricitet i en krets enligt konventionen som att den färdas från positivt till negativt, så att det ses som ett flöde av positiv laddning ut från katoden och in i anoden. En elektrisk ström består dock av ett flöde av små negativt laddade partiklar som kallas elektroner, så detta flöde är faktiskt i motsatt riktning. I detta sammanhang är det förmodligen bättre att tänka enkelt i termer av positiva och negativa terminaler.
Inuti ett batteri, eller elektrokemisk cell, är elektroderna gjorda av olika material, varav den ena avger elektroner lättare än den andra. De hålls i kontakt med en ledande kemikalie som kan delas upp i positivt och negativt laddade joner. När en krets är slutförd, med andra ord, när batteriet är anslutet till en elektrisk anordning, såsom en glödlampa, sker en redoxreaktion inuti cellen. Detta innebär att den ledande kemikalien får elektroner vid en elektrod – en process som kallas reduktion – och förlorar dem vid den andra – en process som kallas oxidation – med resultatet att elektronerna flyter som en ström runt kretsen. Reduktion sker alltid vid katoden och oxidation vid anoden.
I ett uppladdningsbart batteri är denna process omvänd medan batteriet laddas. En elektrisk ström från en annan källa används för att driva en redoxreaktion i motsatt riktning, vilket innebär att anoden blir katod och vice versa. Det är fortfarande så att reduktion sker vid katoden och oxidation vid anoden, men strömriktningen är omvänd, så vilken elektrod som är negativ och vilken som är positiv beror på om batteriet ger ström eller laddar. Ibland är celler sammankopplade med en elektrod, som fungerar som anod för en cell och katod för den andra. Detta är känt som en bipolär elektrod.
I fallet med en växelström (AC) finns det ingen skillnad mellan anod och katod. Detta beror på att strömmen hela tiden ändrar riktning, många gånger per sekund. En elektrod som använder denna typ av ström skulle därför ständigt växla mellan negativ och positiv.
Elektrolys
I denna process flyter en likström genom ett ledande flytande medium från en katod till en anod, vilket tillåter reduktions- och oxidationsprocesser att äga rum. Detta är ett mycket användbart sätt att framställa vissa kemikalier och, i synnerhet, isolera kemiska grundämnen från deras föreningar. När det gäller några mycket reaktiva element är det det enda praktiska sättet att göra det.
För att erhålla ett givet grundämne kan en jonförening av det grundämnet elektrolyseras. Ett exempel är tillverkning av natriummetall från smält salt, eller natriumklorid. När strömmen flyter, attraheras positivt laddade natriumjoner till den negativa elektroden, eller katoden, där de får elektroner och bildar natriummetall. Negativt laddade kloridjoner attraheras till anoden, där de förlorar elektroner och bildar klorgas, som också samlas upp som en biprodukt.
Galvanisering
I denna process beläggs ett metallföremål med en annan metall för att förbättra dess korrosionsbeständighet eller utseende. Föremålet som ska beläggas bildar katoden i en elektrolysprocess genom att nedsänkas i en lösning av en löslig förening av metallen som kommer att bilda beläggningen, med anoden också gjord av denna metall. När strömmen flyter, attraheras positiva metalljoner från lösningen till katoden och bildar en avsättning på den. När jonerna i lösningen förbrukas ersätts de av joner som bildas från anoden. Ibland är anoden gjord av ett annat material som inte är förbrukat; i denna metod måste metalljonerna ersättas genom att fylla på lösningen.
andra användningsområden
Elektroder används vid bågsvetsning, en teknik för att sammanfoga två metallstycken med en stor elektrisk ström. En förbrukningsbar elektrod smälter och tillhandahåller materialet som förenar metallerna. Den icke förbrukningsbara typen är gjord av ett material med mycket hög smältpunkt, såsom volfram, och ger helt enkelt värmen för att smälta ett annat material som bildar sammanfogningen. Inom medicin kan elektroder användas i en nödsituation för att applicera en elektrisk ström till hjärtat i en teknik som kallas defibrillering. De används också för att registrera elektrisk aktivitet i hjärnan under ett elektroencefalogram (EEG).