INSTYTUT MATERIAŁÓW IN YNIERSKICH I

BIOMEDYCZNYCH

INSTRUKCJA DO WICZE Z CHEMII OGÓLNEJ

“Miedziowanie pr dowe”

Opracowała
Dr in . Santina Topolska

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

0

C)

g sto miedzi wynosi 8,96 kg/dm

3

. Mied w szeregu napi ciowym metali znajduje si w

cz ci pierwiastków elektrododatnich – jej potencjał standardowy wynosi; E

0

= +375 mV (dla

układu Cu

⇔ Cu

2+

+ 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

2

/Cl

2

,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).

m

B

= Q⋅⋅⋅⋅k

B

m

B

– masa wydzielonej substancji,

Q – ładunek przepływaj cy przez elektrolit,
k

B

– 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

0

) 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!!!!

Literatura:
1.

Praca zbiorowa: Poradnik galwanotechnika, WNT, W-wa 2002

2.

Trzebiatowski W.: Chemia nieorganiczna, PWN, W-wa, 1977