miedziowanie

1. WŁASNO CI MIEDZI I POWŁOK MIEDZIANYCH

Mied jest metalem o barwie czeronawej. Krystalizuje ona z reguły w układzie

regularnym, niekiedy tworzy równie kryształy oktaedryczne. Liczba atomowa miedzi
wynosi 29, natomiast masa molowa 63,546 g/mol, w temperaturze pokojowej (tj., 20

g sto miedzi wynosi 8,96 kg/dm

. Mied w szeregu napi ciowym metali znajduje si w

cz ci pierwiastków elektrododatnich – jej potencjał standardowy wynosi; E

= +375 mV (dla

układu Cu

⇔ Cu

+ 2e

Proces miedziowania stosuje si zarówno w celach ochronno-dekoracyjnych do

osadzania miedzi jako jednej z wielu warstw, np. powłoki Cu-Ni-Cr, jak równie  do celów
technicznych  –  w  celu  uzyskania  po danych  wła ciwo ci  pokrywanych  wyrobów,
wykorzystuj c w tym celu dobre przewodnictwo elektryczne miedzi.

2. ZJAWISKO ELEKTROLIZY

Elektroliza – jest to proces chemiczny przebiegaj cy pod wpływem energii

elektrycznej.

Samorzutnie przebiegaj ce reakcje utleniania i redukcji mog by ródłem energii

elektrycznej  ogniw.  Niesamorzutne,  wymuszone  reakcje  utleniania-redukcji,  których
produkty s  energetycznie bogatsze od substratów (reakcja przebiega w stałej temperaturze i
pod stałym ci nieniem ze zwi kszeniem si  entalpii swobodnej), mog  by  przeprowadzone
tylko wówczas, je li dostarczy si  energii w postaci energii elektrycznej.

W procesie elektrolizy na

elektrodzie dodatniej (anodzie) zachodzi proces oddawania

elektronów, natomiast na

elektrodzie ujemnej (katodzie) wyst puje proces pobierania

elektronów. Zatem,

katoda jest to elektroda, na której nast puje proces redukcji, anoda –

proces utleniania.

Warunkiem niezb dnym do tego, aby proces elektrolizy mógł przebiega , jest obecno

swobodnie poruszaj cych si jonów, które mog zmienia swój stopie utlenienia, a zatem
proces elektrolizy mo e by prowadzony w

roztworze polarnego rozpuszczalnika, w

którym substraty reakcji s zdysocjowane na jony, albo te

w stanie stopionym, w którym w

skład mieszaniny substratów wchodz jony zdolne do zmiany elektrowarto ciowo ci.

Pr d elektryczny płyn cy w obwodzie zewn trznym jest przenoszony przez elektrony

gazu  elektronowego,  a  w  samym  naczyniu  elektrolitycznym  (elektrolizerze)  za
po rednictwem  jonów.  Proces  elektrolizy  zaczyna  przebiega   dopiero  po  przekroczeniu
pewnej,  okre lonej  dla  danych  substratów

ró nicy potencjałów mi dzy elektrodami. Ta

najmniejsza ró nica potencjałów, która jest potrzebna do tego, aby elektroliza rozpocz ła

swój bieg, nosi nazw

potencjału rozkładowego. Warto potencjału rozkładowego jest

zale na od rodzaju jonów ulegaj cych redukcji na katodzie i utleniaj cych si na anodzie,
oraz od rodzaju i budowy wewn trznej samych elektrod. Proces elektrolizy prowadzi si
najcz ciej

w celu uzyskania na elektrodach wolnych pierwiastków.

Dla takiego przypadku, np. skutkiem wydzielenia si  wolnych pierwiastków na zanurzonych
w  roztworze  elektrodach  z  biernego  metalu  (np.  platyny),  powstaje  ogniwo  o  pewnej
okre lonej sile elektromotorycznej.

Np., je eli proces elektrolizy b dzie biegł w wodnym roztworze chlorku miedzi (II)

stosuj c  platynowe  elektrody  –  to  wówczas  po  przyło eniu  pomi dzy  te  elektrody  pewnej
ró nicy potencjałów nast pi osadzanie si  na katodzie niewielkiej ilo ci miedzi i wydzielenie
si   wolnego  chloru  przy  elektrodzie  dodatniej.  W  ten  sposób  powstaje  ogniwo
chloromiedziowe: (-) Pt,Cu/CuCl

/Cl

,Pt (+)

Je eli chlorek miedzi (II) nie rozkłada si  samorzutnie na wolny chlor i mied ; potrzebne jest
w  tym  celu  dostarczenie  energii  elektrycznej,  to  reakcja  odwrotna  (reakcja  utworzonego
ogniwa)  b dzie  reakcj   samorzutn .  Siła  elektromotoryczna  powstałego  ogniwa
chloromiedziowego  b dzie  skierowana  przeciwnie  do  przyło onego  napi cia,  i  dlatego
dopóty, dopóki napi cie przyło one b dzie miało warto  ni sz  ni  siła elektromotoryczna
tworz cego  si   w  czasie  elektrolizy  ogniwa,  proces  praktycznie  ustanie  po  wydzieleniu
pewnej  bardzo  niewielkiej  ilo ci  miedzi  i  chloru.  Elektroliza  mo e  rozpocz   si   dopiero
wtedy, kiedy napi cie przyło one przewy szy sił  elektromotoryczn  ogniwa, utworzonego z
produktów reakcji kontaktuj cych z jej substratami.

Cz sto zdarza si , e proces elektrolizy wymaga przyło enia znacznie wi kszego

napi cia, ni by to wynikało z siły elektromotorycznej powstaj cego ogniwa. To dodatkowe
napi cie,  które  musimy  przyło y   ponad  warto   odpowiadaj c   warto ci  siły
elektromotorycznej  powstaj cego  ogniwa,  aby  proces  elektrolizy  rozpocz ł  si ,  nazywamy
nadnapi ciem.

Na nadnapi cie wpływa znacznie budowa powierzchni elektrody i jej skład chemiczny,

jak równie to, e jest ono zwi zane z g sto ci pr du na elektrodzie i ze st eniem oraz
składem samego elektrolitu.

Elektroliza prowadzona przy u yciu elektrod platynowych jest elektroliz mało wydajn

i bardzo drog , dlatego te w praktyce u ywa si elektrod roztwarzalnych – takich a eby
dostarczały jony osadzanego metalu – w tym przypadku jest elektroda miedziana, o bardzo
wysokim stopniu czysto ci.

3. PRAWA ELEKTROLIZY (PRAWA FARADAYA)

Podstawowe prawa elektrolizy wynikaj z zasady zachowania materii.

Pojedynczy elektron pobrany z katody powoduje zmniejszenie si elektrowarto ciowo ci
atomu lub jonu o l.
Elektron

oddany anodzie powoduje zwi kszenie elektrowarto ciowo ci atomu lub jonu o l.

Mol elektronów pobrany na katodzie spowoduje zmniejszenie si  elektrowarto ciowo ci
o  1u  mola  redukuj cych  si   atomów,  a  mol  elektronów  oddany  anodzie  spowoduje
podwy szenie si  elektrowarto ciowo ci o lu mola utleniaj cych si  atomów.

St d ilo substancji w molach, która ulega przemianie na elektrodach, jest wprost

proporcjonalna do wielko ci ładunku, który przepłyn ł przez roztwór (

pierwsze prawo

Faradaya).

= Q⋅⋅⋅⋅k

– masa wydzielonej substancji,

Q – ładunek przepływaj cy przez elektrolit,
k

– równowa nik elektrochemiczny substancji wydzielanej.

Z powy szych rozwa a wynika te

drugie prawo Faradaya – ilo elektryczno ci,

potrzebna do spowodowania przemiany 1 mola jonów na elektrodzie, jest równa ładunkowi 1
mola elektronów (stała Faradaya, F = 96500 kulombów) pomno onemu przez liczb
elektronów pobieran czy oddawan przez pojedynczy atom w procesie elektrodowym.

Dla przypadku rozpatrywanego powy ej – elektrolizy wodnego roztworu chlorku

miedzi (II), w celu osadzenia na elektrodzie 1 mola miedzi (Cu

) nale y doprowadzi ładunek

– Q = 2

⋅ 96500 C, gdy kation miedzi (II) dla przej cia w stan elektrooboj tny pobiera z

elektrody 2 elektrony.

wiczenie

Otrzyma powłok miedzian na blaszce mosi nej, przy zadanej g sto ci pr du i w

ustalonym czasie, oraz okre li  grubo  uzyskanej powłoki.
Ze  wzgl du  na  brak  elektrody  platynowej  –  proces  elektrolizy  przeprowadzony  zostaje  za
pomoc  elektrody roztwarzalnej (miedzianej, o stopniu czysto ci wynosz cym 99,9999%).

Pami ta   o  prawidłowym  podł czeniu  elektrod!!  Złe  podł czenie  spowoduje  proces
roztwarzania blaszki mosi nej!!!!