7. Cuprarea

6
Depuneri catodice de metale. Cuprarea Principiul lucrării: Electroliza reprezintă procesul de descompunere permanentă a unei substanţe sub acţiunea curentului electric. La trecerea curentului electric printr-un electrolit, adică în timpul electrolizei au loc cele două procese distincte: transportul curentului electric şi reacţiile chimice care se produc la electrozi. Transformările chimice care au loc în timpul electrolizei depind de natura şi starea electrolitului, de natura solventului, de natura materialului din care sunt confectionaţi electrozii şi de prezenţa altor substanţe în soluţia sau topitura electrolitului. Pe bază experimentală, M. Faraday descoperă între anii 1882 – 1933 că există o relaţie între cantitatea de electricitate care trece printr-un electrolit şi cantitatea de substanţă transformată prin electroliză, enunţând astfel legile electrolizei sau legile lui Faraday. Aceste legi se enunţă astfel: 1. Cantitatea de substanţă transformată la electrod în timpul procesului de electroliză este proporţională cu cantitatea de electricitate care trece prin soluţia sau topitura de electrolit. m=kQ= kIt (1) unde: m - cantitatea de substanţă transformată la electroliza, în g ; I - intensitatea curentului, în A; t - timpul de electroliză, în s; Q - cantitatea de electricitate (în C); Q=I t; K= - echivalentul electrochimic, în sau . Echivalentul electrochimic reprezintă cantitatea de substanţă depusă la electrod de cantitatea de electricitate de 1 coulomb (C). 2. La trecerea aceleiaşi cantităţi de electricitate prin soluţiile sau topiturile de electroliţi, cantităţile de substanţele puse în libertate la electrozi sunt proporţionale

description

Chimie

Transcript of 7. Cuprarea

Depunerea electrochimic a cuprului pentru realizarea cablajelor imprimate utilizate n electronic

Depuneri catodice de metale. CuprareaPrincipiul lucrrii:

Electroliza reprezint procesul de descompunere permanent a unei substane sub aciunea curentului electric.

La trecerea curentului electric printr-un electrolit, adic n timpul electrolizei au loc cele dou procese distincte: transportul curentului electric i reaciile chimice care se produc la electrozi.

Transformrile chimice care au loc n timpul electrolizei depind de natura i starea electrolitului, de natura solventului, de natura materialului din care sunt confectionai electrozii i de prezena altor substane n soluia sau topitura electrolitului.

Pe baz experimental, M. Faraday descoper ntre anii 1882 1933 c exist o relaie ntre cantitatea de electricitate care trece printr-un electrolit i cantitatea de substan transformat prin electroliz, enunnd astfel legile electrolizei sau legile lui Faraday. Aceste legi se enun astfel:

1. Cantitatea de substan transformat la electrod n timpul procesului de electroliz este proporional cu cantitatea de electricitate care trece prin soluia sau topitura de electrolit.

m=kQ= kIt

(1)

unde:

m - cantitatea de substan transformat la electroliza, n g ;

I - intensitatea curentului, n A;

t - timpul de electroliz, n s;

Q - cantitatea de electricitate (n C); Q=I t;

K= - echivalentul electrochimic, n sau .

Echivalentul electrochimic reprezint cantitatea de substan depus la electrod de cantitatea de electricitate de 1 coulomb (C).

2. La trecerea aceleiai cantiti de electricitate prin soluiile sau topiturile de electrolii, cantitile de substanele puse n libertate la electrozi sunt proporionale cu echivaleii lor chimici. Astfel, echivalenii electrochimici sunt proporionali cu echivalenii chimici.

Se poate scrie:

K= E/F

(2)

F - numrul lui Faraday (F= 96500 C = 26,8 Ah).

Deoarece E = A/z, n care A reprezint masa atomic, iar z reprezint numrul de electroni implicai n proces egal cu sarcina ionului depus la electrod se mai poate scrie:

K= A/zF

(3)

Reunind cele dou formule, legile lui Faraday se pot exprima prin formula general:

[g]

(4)Depunerile catodice (galvanice) ale stratelor metalice se fac n scopul creterii rezistenei la coroziune a pieselor acoperite, al mbuntirii aspectului decorativ i pentru mrirea rezistenei acestora la uzur. Depunerile electrochimice (catodice) au la baz reacia catodic de reducere a ionilor metalici din soluii apoase :M+z + z e- M pe suprafaa piesei legat la polul negativ al unui circuit electric de electroliz (fig. 1).

Depunerea catodic a metalelor din soluii apoase are loc la poteniale mai negative dect potenialul de echilibru al metalului n seria potenialelor standard Volta.

Depunerile catodice de cupru prezint o importan deosebit din punct de vedere decorativ, protector ct i funcional. n scop protector decorativ, cuprul se depune ca substrat naintea depunerilor de crom, nichel, argint i staniu, att pe materiale metalice ct i pe materiale nemetalice, cum ar fi materiale plastice i ceramice. n scop funcional, datorit conductibilitii electrice ridicate, depunerile de cupru sunt utilizate pe scar larg n tehnologiile electrotehnice i electronice.

n lucrarea de fa se va efectua o cuprare cu anod solubil, adic se va depune un strat de cupru pe o plac de alam. Electrodepunerea cuprului are loc ntr-o celul de electroliz (fig. 1), utiliznd drept electrolit o soluie acid de CuSO4. Anodul celulei este o bar de cupru, iar la catod se plaseaz piesa ce urmeaz a fi protejat.

Fig. 1. Montaj de electroliz 1- surs de curent continuu; 2 rezisten variabil; 3 anod; 4 catod; 5 vas electroizolant; 6 - miliampermetru

Sulfatul de cupru se disociaz n soluie conform ecuaiei:

CuSO4SYMBOL 174 \f "Symbol" Cu2+ + SO42-

(5)

La electrozii instalaiei de electroliz se desfoar reacii electrochimice:

(-) Catod (alama): Cu2+ + 2e-SYMBOL 174 \f "Symbol" Cu (reducere)

(6)

(+) Anod (cupru): Cu - 2e-SYMBOL 174 \f "Symbol"Cu2+ (oxidare)

(7)

Potrivit reaciilor chimice de mai sus, la catod (polul negativ), deci pe piesa de alam, se depune cupru, iar anodul (piesa de cupru) se consum (electroliza cu anod solubil).

Scopul lucrrii: const n determinarea randamentului de curent i a grosimii stratului depus n cazul unei cuprri catodice.

Aparatur i substane: Aparatur: anod de cupru, catod de alam, montaj de electroliz, balan analitic

Substane: soluie acid de sulfat de cupru

Modul de lucru:

se cur electrodul de cupru i piesa de alam cu hrtie metalografic, se spal cu ap distilat i se usuc cu hrtie de filtru;

placa de alam se cntrete la balana analitic, se introduce n baia de cuprare i se leag la polul negativ (catod) al sursei de curent continuu; la polul pozitiv (anod) se fixeaz electrodul de cupru;

se conecteaz instalaia la reea, se pune n funciune i se regleaz cu ajutorul poteniometrului intensitatea de 0,3 A; durata electrolizei este de 30 sau 45, minute dup care se ntrerupe funcionarea circuitului electric;

se scoate catodul i se spal cu ap distilat, se usuc prin tamponare ntre dou hrtii de filtru i se cntrete la balana analitic.Observaie: n timpul electrolizei se va urmrii ca intensitatea curentului electric s se menin constant.Calcule i rezultate:

Randamentul de curent se calculeaz cu ajutorul relaiei:

(8)unde: mp - masa de cupru depus practic, dat de diferena de mas a catodului (alam) nainte i dup electroliz;

mt - masa teoretic de cupru care se calculeaz conform legilor lui Faraday

n care: A - masa atomic a metalului (ACu=63,5 g)

I - intensitatea curentului de electroliza (A);

t - timpul de electroliza (s sau h);

z - valenta metalului;

F - numrul lui Faraday (F= 96500 C = 26,8 Ah).

Grosimea stratului de cupru depus la electroliz se calculeaz astfel:

(9)

unde : mp - masa practic de cupru depus, g;

S - suprafaa piesei pe care s-a realizat depunerea, cm2;

SYMBOL 103 \f "Symbol" - masa specific (densitatea) cuprului (SYMBOL 103 \f "Symbol"Cu=8,93 g/cm3).Prelucrarea rezultatelorSe calculeaz i completeaz urmtorul tabel:

Metalul de protejatI

[A]t

[ore]mi[g]mf[g]mp[g]mt[g]([%]S

[cm2]

[cm][(m]

Tema de cas:1. S se calculeze care trebuie s fie curentul de electroliz i timpul de electroliz pentru depunerea unui strat de cupru de grosime 0,2 mm pe o suprafa de 1cm2, dac densitatea de curent este 1,5 A/dm2, iar AC u= 63g, z = 2, F = 96500As i = 85%.

2. O celul de producere a aluminiului prin electroliza soluiei de alumin n criolit topit necesit 20000 A. Ct aluminiu se obine pe zi n celula de electroliz, presupunnd c randamentul este 92%. Masa atomic a Al este 27 g, iar F=96500 A.sec.

3. La electroliza unei soluii de fier la o intensitate de 4A i un randament de 80% se depun n 2 ore 4,45 g fier. Care este starea de oxidare a fierului n soluia respectiv. AFe= 56 g.

4. Pentru acoperirea complet a unui obiect de podoab este necesar o cantitate de 2,5 g Ag. Folosindu-se la electroliz un anod de argint ntr-o celula electrolitic cu soluie de AgNO3, timp de 10 min se cer:

a) reaciile la electrozi;

b) intensitatea curentului folosit la argintare, dac randamentul este de 75%

c) dac se folosete un curent de 5 A, care este randamentul de curent? Se cunoate AAg= 108 g. 5. Se cupreaz prin electroliz cu anod solubil de cupru un obiect cu dimensiunile 10-20 cm. Stratul de Cu depus are grosimea de 0,005 mm, ((Cu = 8,9g/cm3). S se scrie reaciile care au loc la electroliza CuSO4 i s se calculeze timpul de cuprare dac intensitatea curentului este I = 5A. Masa atomic a Cu este 64 g, iar randamentul este de 85%6. La nichelarea cu anod solubil a unei piese din oel (S = 2,5 cm2), condiiile de electroliz sunt: I=300 mA, t=20 min. Se mai cunosc ANi=59 g/atom, F=96500 As, (Ni = 7,13 g/cm3. S se determine grosimea stratului de Ni depus, dac randamentul este de 80%7. S se calculeze randamentul de curent la rafinarea electrolitic a cuprului, dac timp de 4 ore, la o intensitate de curent de 5 A se depun 21,49 g Cu, ((Cu = 8,9g/cm3).8. La trecerea curentului electric prin dou electrolizoare legate n serie coninnd soluie de AgNO3, respectiv CuSO4, n primul se separ la catod 2,16 g Ag. S se calculeze masa de cupru separat n al doilea electrolizor.

9. Un obiect metalic cu suprafaa de 100 cm2 trebuie nichelat cu un strat de grosime 0,3 mm, folosind o soluie de NiSO4. Ct timp este necesar pentru electroliz dac intensitatea curentului este 3 A, randamentul catodic 90%, ANi = 59 g/atom i greutatea specific a nichelului SYMBOL 103 \f "Symbol"Ni=7,13 g/cm3.

10. Se nicheleaz prin electroliz cu anod solubil de nichel un obiect cu dimensiunile 20-20 cm. Stratul de Ni depus are grosimea de 0,02 mm, ((= 7,13g/cm3). S se scrie reaciile care au loc la electroliza NiSO4 i s se calculeze timpul de nichelare dac intensitatea curentului este I = 3A. Se cunoate ANi = 59 g/atom si randamentul de 75%.PAGE 4

_1069528216.unknown

_1296817714.unknown

_1421921430.unknown

_1069528247.unknown

_1069528027.unknown