7/23/2019 Cuprare-2012

http://slidepdf.com/reader/full/cuprare-2012 1/4

DEPUNERI CATODICE DE METALE. CUPRAREA

Principiul lucrării:

Electroliza reprezintă procesul de descompunere permanentă a unei substanţe sub acţiuneacurentului electric. 

La trecerea curentului electric printr-un electrolit, adică în timpul electrolizei au loc celedouă 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 stareaelectrolitului, de natura solventului, de natura materialului din care sunt confectionaţi electrozii şide prezenţa altor substanţe în soluţia sau topitura electrolitului.

e bază e!perimentală, ". #arada$ descoperă între anii %&&' ( %)** că e!istă o relaţieîntre cantitatea de electricitate care trece printr-un electrolit şi cantitatea de substanţă transformată prin electroliză, enunţ+nd astfel legile electrolizei sau legile lui Faraday. ceste lei se enunţăastfel:

%. antitatea 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= kIt = kQ  /%0

unde:m - cantitatea de substanţă transformată la electroliza, în g  1 I - intensitatea curentului, în 1t - timpul de electroliză, în s12 - cantitatea de electricitate /în 01 Q=I t 1

 K=Q

m - echivalentul electrochimic, în

C 

 g  sau

C 

mg  .

Echivalentul electrochimic reprezintă cantitatea de substanţă depusă la electrod de

cantitatea de electricitate de % coulomb /0.'. La trecerea aceleiaşi cantităţi de electricitate prin soluţiile sau topiturile de electroliţi,cantităţile de substanţele puse în libertate la electrozi sunt proporţionale cu echivaleţii lor chimici.3eci, echivalenţii electrochimici sunt proporţionali cu echivalenţii chimici.

4e poate scrie:56 E7# /'0# - numărul lui #arada$ /#6 )89 6 '8,& h0.

3eoarece E 6 7z, în care reprezintă masa atomică, iar z reprezintă numărul de electroniimplicaţi în proces eal cu sarcina ionului depus la electrod se mai poate scrie :  56 7z# /*0  ;eunind cele două formule, leile lui #arada$ se pot e!prima prin formula enerală:

 Am I t  z F 

= × ×

×  <= />0

3epunerile catodice /alvanice0 ale stratelor metalice se fac în scopul creşterii rezistenţeila coroziune a pieselor acoperite, al îmbunătăţirii aspectului decorativ şi pentru mărirearezistenţei acestora la uzură. 3epunerile electrochimice /catodice0 au la bază reacţia catodică dereducere a ionilor metalici din soluţii apoase :"?z  ? z e -@ "A pe suprafaţa piesei leată la polulneativ al unui circuit electric de electroliză /fi. %0.

3epunerea catodică a metalelor din soluţii apoase are loc la potenţiale mai neative dec+t potenţialul de echilibru al metalului în seria potenţialelor standard Bolta.

7/23/2019 Cuprare-2012

http://slidepdf.com/reader/full/cuprare-2012 2/4

3epunerile catodice de cupru prezintă o importanţă deosebită din punct de vederedecorativ, protector c+t şi funcţional. Cn scop protector ( decorativ, cuprul se depune ca substratînaintea depunerilor de crom, nichel, arint şi staniu, at+t pe materiale metalice c+t şi pe materialenemetalice, cum ar fi materiale plastice şi ceramice. Cn scop funcţional, datorită conductibilităţiielectrice ridicate, depunerile de cupru sunt utilizate pe scară lară în tehnoloiile electrotehnice şielectronice.

Cn lucrarea de faţă se va efectua o cuprare cu anod solubil, adică se va depune un strat decupru pe o placă de alamă. Electrodepunerea cuprului are loc într-o celulă de electroliză /fi. %0,utiliz+nd drept electrolit o soluţie acidă de u4D

>. nodul celulei este o bară de cupru, iar la

catod se plasează piesa ce urmează a fi proteată. 

Fig. 1. "onta de electroliză 

%- sursă de curent continuu1 ' ( rezistenţă variabilă 1 * ( anod 1 > ( catod 1 9 ( vas electroizolant 1 8 - miliampermetru

  4ulfatul de cupru se disociază în soluţie conform ecuaţiei:u4D>→ u'? ? 4D>

'-  /90

La electrozii instalaţiei de electroliză se desfăşoară reacţii electrochimice:

atod /alama0: u'?  ? 'e-→ u /reducere0 /80

nod /cupru0: u - 'e-→u'? /o!idare0 /F0otrivit reacţiilor chimice de mai sus, la catod /polul neativ0, deci pe piesa de alamă, se

depune cupru, iar anodul /piesa de cupru0 se consumă /electroliza cu anod solubil0.Scopul lucrării:  constă în determinarea randamentului de curent şi a rosimii stratuluidepus în cazul unei cuprări catodice.

Aparatură i !u"!tan#$:  Aparatură: anod de cupru, catod de alamă, monta de electroliză, balanţă analiticăSubstane: soluţie acidă de sulfat de cupru

Mo%ul %$ lucru:

• se curăţă electrodul de cupru şi piesa de alamă cu h+rtie metalorafică, se spală cu apădistilată şi se usucă cu h+rtie de filtru1•  placa de alamă se c+ntăreşte la balanţa analitică, se introduce în baia de cuprare şi se leaăla polul neativ /catod0 al sursei de curent continuu1 la polul pozitiv /anod0 se fi!ează electrodul

de cupru1• se conectează instalaţia la reţea, se pune în funcţiune şi se relează cu autorul potenţiometrului intensitatea de ,9 1 durata electrolizei este de 8 sau >9, minute după care seîntrerupe funcţionarea circuitului electric1• se scoate catodul şi se spală cu apă distilată, se usucă prin tamponare între două h+rtii defiltru şi se c+ntăreşte la balanţa analitică.

Calcul$ i r$&ultat$: ;andamentul de curent se calculează cu autorul relaţiei:

'

7/23/2019 Cuprare-2012

http://slidepdf.com/reader/full/cuprare-2012 3/4

%::⋅=

t 

 p

m

mη    /&0

unde: m p - masa de cupru depusă practic, dată de diferenţa de masă a catodului /alamă0 înainte şi

după electroliză1mt - masa teoretică de cupru care se calculează conform leilor lui #arada$

 Am I t 

 z F = × ×

×

 

în care: - masa atomică a metalului /u68*,9 0  G - intensitatea curentului de electroliza /01t - timpul de electroliza /s sau h01

  z - valenta metalului1  # - numărul lui #arada$ /#6 )89 6 '8,& h0.Hrosimea stratului de cupru depus la electroliză se calculează astfel:

γ  δ 

⋅

=

S 

m p

  /)0

 unde : m p - masa practică de cupru depusă, 1

4 - suprafaţa piesei pe care s-a realizat depunerea, cm'1

  γ  - masa specifică /densitatea0 cuprului /γ u6&,)* 7cm*0.

T$'a %$ ca!ă:1. 4ă se calculeze care trebuie să fie curentul de electroliză şi timpul de electroliză pentrudepunerea unui strat de cupru de rosime ,'mm pe o suprafaţă de %cm ', dacă densitatea decurent este %,9 7dm', iar u6 8*, z 6 ', # 6 )89Is şi J 6 &9K.(. D celulă de producere a aluminiului prin electroliza soluţiei de alumină în criolită topitănecesită ' . +t aluminiu se obţine pe zi în celula de electroliză, presupun+nd cărandamentul este )'K. "asa atomică a l este 'F , iar #6)89 .sec. ). La electroliza unei soluţii de fier la o intensitate de > şi un randament de &K se depun în 'ore >,>9 fier. are este starea de o!idare a fierului în soluţia respectivă. #e6 98.

 *. entru acoperirea completă a unui obiect de podoabă este necesară o cantitate de ',9 .#olosindu-se la electroliză un anod de arint într-o celula electrolitică cu soluţie de D *, timpde % min se cer:a0 reacţiile la electrozi1 b0 intensitatea curentului folosit la arintare, dacă randamentul este de F9Kc0 dacă se foloseşte un curent de 9 , care este randamentul de curentM +. 4e cuprează prin electroliză cu anod solubil de cupru un obiect cu dimensiunile %-' cm.4tratul de u depus are rosimea de ,9 mm, /ρ6 &,)7cm*0. 4ă se scrie reacţiile care au loc laelectroliza u4D> şi să se calculeze timpul de cuprare dacă intensitatea curentului este G 6 9."asa atomică a u este 8> .

,. La nichelarea cu anod solubil a unei piese din oţel /46',9 cm '0, condiţiile de electroliză sunt:G6* m, t6' min. 4e mai cunosc  i69), #6)89 s, N i 6 F,%* 7cm*. 4ă se determinerosimea stratului de i depus.-. 4ă se calculeze randamentul de curent la rafinarea electrolitică a cuprului, dacă timp de > ore,la o intensitate de curent de 9 se depun '%,>) u.. La trecerea curentului electric prin două electrolizoare leate în serie conţin+nd soluţie deD*, respectiv O4D>, în primul se separă la catod ',%8 . 4ă se calculeze masa de cupruseparată în al doilea electrolizor.

*

7/23/2019 Cuprare-2012

http://slidepdf.com/reader/full/cuprare-2012 4/4

/. On obiect metalic cu suprafaţa de % cm' trebuie nichelat cu un strat de rosime ,* mm,folosind o soluţie de i4D>. +t timp este necesar pentru electroliză dacă intensitatea curentului

este * , randamentul catodic )K şi reutatea specifică a nichelului γ  i6F,%* 7cm*.

10. 4e nichelează prin electroliză cu anod solubil de nichel un obiect cu dimensiunile '-' cm.4tratul de i depus are rosimea de ,' mm, /ρ6 F,%*7cm*0. 4ă se scrie reacţiile care au loc laelectroliza i4D> şi să se calculeze timpul de nichelare dacă intensitatea curentului este G 6 *.

>