DEPUNERI CATODICE DE METALE CUPRAREA

Depunerile catodice (galvanice) a stratelor metalice se fac in scopul cresterii rezistentei la coroziune a pieselor acoperite, imbunatatirii aspectului decorativ si marirea rezistentei acestora la uzura. Depunerile electrochimice (catodice) au la baza reactia catodica de reducere a ionilor metalici din solutii apoase : M+z + z e-→ M↓ pe suprafata piesei legata la polul negativ al unui circuit electric de electroliza (fig 1).

Depunerea catodica a metalelor din solutii apoase are loc la potentiale mai negative decit potentialul de echilibru al metalului in seria potentialeloe standard Volta.

Principiul lucrarii. Depunerile catodice de cupru prezinta o importanta deosebita din punct de vedere decorativ, protector cat si functional. In scop protector – decorativ cuprul se depune ca substrat inaintea depunerilor de crom, nichel, argint si staniu atat pe materiale metalice cat si pe materiale nemetalice cum ar fi materiale plastice si ceramice. In scop functional, datorita conductibilitatii electrice ridicate depunerile de cupru sunt utilizate pe scara larga in tehnologiile electrotehnice si electronice.

In lucrarea de fata se va efectua o cuprare cu anod solubil, adica se va depune un strat de cupru pe o placa de alama. Electrodepunerea cuprului are loc intr-o celula de electroliza (fig 1), utilizand drept electrolit o solutie acida de CuSO4. Anodul celulei este o bara de cupru, iar la catod se plaseaza

piesa ce urmeaza a fi protejata.

Sulfatul de cupru se disociaza in solutie conform ecuatiei:

CuSO4®Cu2+ + SO42- (1)

La electrozii instalatiei de electroliza se desfasoara reactii electrochimice:

Catod (alama): Cu2+ + 2e-® Cu (reducere) (2)

Anod (cupru): Cu - 2e-®Cu2+ (oxidare) (3)Potrivit reactiilor chimice de mai sus, la catod (polul negativ), deci pe piesa de alama, se

depune cupru, iar anodul (piesa de cupru) se consuma (electroliza cu anod solubil).Scopul lucrarii este determinarea randamentului de curent si a grosimii stratului depus in

cazul unei cuprari catodice.

6

1

5

4

3

2A

Fig 1. Montaj de electroliza

Sursa de curent continuuRezistenta variabilaAnodCatodVas electroizolantmiliampermetru

Aparatura si substante: anod de cupru, catod de alama, solutie acida de sulfat de cupru, montaj de electroliza, balanta analitica.

Modul de lucru.Se curata electrodul de cupru si piesa de alama cu hartie metalografica, se spala cu apa distilata

si se usuca cu hartie de filtru. Placa de alama se cantareste la balanta analitica (cu o precizie de 4 zecimale), se introduce in baia de cuprare si se leaga la polul negativ (catod) al sursei de curent continuu. La polul pozitiv (anod) se fixeaza electrodul de cupru. Se conecteaza instalatia la retea, se pune in functiune si se regleaza cu ajutorul potentiometrului intensitatea de 0,5 A. Durata electrolizei este de 60 sau 45, minute dupa care se intrerupe functionarea circuitului electric. Se scoate catodul si se spala cu apa distilata, se usuca prin tamponare intre doua hartii de filtru si se cantareste la balanta analitica.

Rezultate: Randamentul de curent se calculeaza cu ajutorul relatiei:

m

mp

t100 (4)

unde: mp- masa de cupru depusa practic, data de diferenta de masa a catodului (alama) inainte si dupa

electroliza; mt- masa teoretica de cupru care se calculeaza conform legilor lui Faraday:

(5)

in care: A - masa atomica a metalului (ACu=63,5 g)

I - intensitatea curentului de electroliza (A); t - timpul de electroliza (s sau h); z - valenta metalului;

F - numarul lui Faraday (F= 96500 C = 26,8 Ah).Grosimea stratului de cupru depus la electroliza se calculeaza astfel:

(6) unde :

mp - masa practica de cupru depusa, g;

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

g - masa specifica (densitatea) cuprului (gCu=8,93 g/cm3).

Tema de casa1. Sa se calculeza care trebuie sa fie curentul de electroliza si timpul de electroliza pentru depunerea unui strat de cupru de grosime 0,2mm pe o suprafata de 1cm2 daca densitatea de curent este 1,5 A/dm2

iar ACu=63g, z=2 si F=96500A.sec.2. O celula de producere a aluminiului prin electroliza solutiei de alumina in criolita topita necesita 20000 A. Cat aluminiu se obtine pe zi in celula de electroliza presupunand ca randamentul este 92%. Masa atomica a Al este 27 g iar F=96500 A.sec. 3. La electroliza unei solutii de fier la o intensitate de 4A si un randament de 80%, se depun in 2 ore 4,45 g fier. Care este starea de oxidare a fierului in solutia respectiva. AFe= 56. 4. Pentru acoperirea completa a unui obiect de podoaba este necesara o cantitate de 2,5 g Ag. Folosindu-se la electroliza un anod de argint intr-o celula electrolitica cu solutie de AgNO3, timp de 10 min se cere: a) reactiile la electrozi; b) intensitatea curentului folosit la argintare; c) daca se foloseste un curent de 5 A, care este randamentul de curent?

5. Se cupreaza prin electroliza cu anod solubil de cupru un obiect cu dimensiunile 10-20 cm. Stratul de Cu depus are grosimea de 0,005 mm (= 8,9g/cm3). Sa se scrie reactiile ce au loc la electroliza CuSO4 si sa se calculeze timpul de cuprare daca intensitatea curentului este I = 5ª. Masa atomica a Cu este 64.