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Bei der anodischen Oxidation werden Substanzen oxidiert, wobei gleichzeitig ein elektrischer Strom durch einen äußeren Stromkreis fließt. Oxidation bedeutet, dass eine Substanz Elektronen abgibt. Diese werden durch eine Elektrode, die Anode, aufgenommen.[1]
Es gibt unterschiedliche Arten der anodischen Oxidation:
Durch die anodische Oxidation bei einer Elektrolyse können auch sehr stabile und reaktionsträge Stoffe oxidiert werden, beispielsweise ist es möglich Chlorid zum Chlor[3] und Fluorid zum Fluor zu oxidieren. Letzteres ist wegen des Standardpotential von Fluor die einzige Methode zur Herstellung von elementarem Fluor aus Fluoridionen.[4] Mit leistungsfähigen Gleichstromquellen verbundene Anoden sind die stärksten Oxidationsmittel. Da sie stärker sind als alle chemischen Oxidationsmittel, erlaubt die anodische Oxidation die Darstellung auch der stärksten Oxidationsmittel wie Peroxodisulfat, Chlor und Fluor in guter Ausbeute.[5]
Jede Oxidation kann nur ablaufen, wenn die dabei abgegebenen Elektronen von anderen Substanzen aufgenommen werden, die dabei reduziert werden. Oxidation und Reduktion laufen immer gleichzeitig ab, es findet eine Redoxreaktion statt. Im Falle der anodischen Oxidation findet die Reduktion an der Elektrode statt, die Elektronen abgibt, an der Kathode. Die anodische Oxidation stellt damit den Gegensatz zur kathodischen Reduktion dar. Im Vergleich zu den rein chemischen Redoxreaktionen ist das Besondere bei den elektrochemischen Prozessen anodische Oxidation und kathodischer Reduktion, dass sie räumlich getrennt sind, an verschiedenen Elektroden ablaufen, und dass gleichzeitig ein Strom durch einen äußeren Stromkreis fließt. Bei elektrochemischen Prozessen finden die beiden Vorgänge zwar meistens räumlich getrennt ab, aber nur gleichzeitig im geschlossenen Stromkreis. Es ist also unmöglich eine anodische Oxidation oder eine kathodische Reduktion alleine durchzuführen, auch wenn das technisch oft wünschenswert wäre.[6]
Eine nicht gewünschte Form der anodischen Oxidation ist die elektrochemische Korrosion.[7]
Die anodischen Oxidation findet vielfältige Verwendung in Bereich der Chemie, der Verfahrens- und Umwelttechnik. So vermag sie z. B. bestimmte Metalle zu oxidieren. Dies nutzt man z. B. zur Herstellung von oxidischen Schutzschichten auf Metallen aus, vor allem Leichtmetallen (sogenanntes Anodisieren).[8] Die Schichten, die durch Umwandlung der obersten Metallschichten entstehen und bis zu 40 μm Dicke erreichen können, sind bei einigen Metallen zunächst mikroporös und daher mit organischen Farbstoffen leicht anfärbbar. Sie müssen noch einer Nachverdichtung (Heißwasser-, Dampf-, Metallsalz-Nachverdichtungsverfahren) unterzogen werden und erfüllen dann dekorative und funktionelle Aufgaben. Eine Spezialform der anodischen Oxidation ist das Eloxieren von Aluminium durch elektrolytische oder plasmaelktrolytische anodische Oxidation[9], aber auch Magnesium und Zink lassen sich gut anodisieren. Ventilmetalle wie Titan und Tantal bilden einen dichten Oxidfilm, welcher bei geringer Schichtdicke (kleiner 1 μm) mit dem metallischen Untergrund Interferenzfarben bildet. Beim Titan wird dieser Effekt für dekorative Zwecke z. B. in der Schmuck- und Uhrenindustrie eingesetzt.[1] Bei Silber kann durch anodische Oxidation Silber(III)-oxid aus Silber(I)-Verbindungen hergestellt werden.[10]
Die anodischen Oxidation wird ebenfalls zur Erzeugung elektrisch isolierender Oxidschichten genutzt, die als Dielektrika in Elektrolytkondensatoren genutzt werden. Früher wurde sie auch in Gleichrichtern verwendet.
Auch in der Synthese von organischen Stoffen ist die anodische Oxidation eine nützliche Methode.[2] Eine Vielzahl organischer Verbindungen, z. B. ungesättigte Kohlenwasserstoffe[2], Aromaten, Amide, Amine[11], Carbonsäuren (Kolbe-Elektrolyse[2]) kann anodisch oxidiert werden. Die anodische Oxidation kann auch zur Entkeimung von mikrobiell belastetem Wasser eingesetzt werden. Hierbei werden Oxidantien erzeugt, die mikrozid sind und das Wasser desinfizieren.[1]
Bei der Chloralkalielektrolyse findet eine anodische Oxidation von Chlorid statt.[3] Dabei bildet sich Chlorgas:
Eine weitere wichtige Anwendung der anodischen Oxidation findet sich in der Herstellung von 2-(4-tert-Butylbenzyl)propionaldehyd durch BASF. Im ersten Schritt der Synthese wird eine doppelte anodische Oxidation mit Methanol durchgeführt, um ein Acetal zu erhalten.[12]
In Alkali-Mangan-Zellen erfolgt die anodische Oxidation von Zink: . Bei der Entladung von Lithium-Ionen-Akkus geht am Minuspol Lithium in Lösung, es findet die anodische Oxidationsreaktion statt. In Lithiumbatterien lösen sich Lithiumionen aus einer Folie aus Lithiummetall: .
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