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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE FORMACIÓN BÁSICA ACADEMIA DE FÍSICA LABORATORIO DE ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
PRÁCTICA N o. 9
“ELECTRODEPOSICIÓN”
I. OBJETIVO GENERAL: Aplicar las leyes de Faraday al fenómeno de electrodeposición y observar el mecanismo de electrodeposición del cobrizado de una pieza metálica.
Objetivos ( competencia ): Esta competencia pretende desarrollar el pensamiento científico en los alumnos, a través de la observación, la experimentación, comparación de resultados, el análisis y la argumentación, promoviendo el uso de las habilidades necesarias para llevar acabo la aplicación de los conocimientos, adquiridos teórica y experimentalmente, en situaciones reales.
Metas de aprendizaje Electrodeposición Electrodos y cuba electrolítica Electrogalvanización Leyes de Faraday
II. MATERIAL Y EQUIPO
Cantidad Material 1 Fuente de energía de CD (^1) Multímetro en función amperímetro (^1) Electrodo de cobre Cu (ánodo) (^1) Placa metálica (cátodo) (^1) Cuba electrolítica (vaso de precipitados de 600 mL) 1 Preparado del electrolito: 120 g CuSOdestilada y 9 mL de ácido sulfúrico.^2 , 500 mL de agua (^1) Balanza granataría
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III. INTRODUCCIÓN TEÓRICA La electrodeposición es la acción y el efecto de revestir una superficie con una capa fina de metal aplicada por electrólisis, logrando espesores de 0.001 a 0.1 mm sobre otros metales o sobre plásticos. Los depósitos pueden ser de Cu, Ni, Au, etc. La electrodeposición se divide en dos:
o Galvanostegia. Depósito de una metálica sobre un metal, también se conoce como electrometalizado. o Galvanoplastia. Depósito de una capa metálica sobre un material no metálico, como se utiliza en clichés de imprenta, matrices de discos, espejos parabólicos, se conoce también como electroformado.
Uno de los objetivos de la electrodepositación es el de protección, otro puede ser el de decoración. Este proceso se basa en las Leyes de Faraday.
1era Ley de Faraday La masa de un elemento depositada en cualquiera de los electrodos durante la electrolisis es directamente proporcional a la cantidad de carga Q que pasa a través del electrolito, ecuación (1). La cantidad de carga que se transfiere por supuesto depende de la magnitud de la corriente I y de su duración t, ecuación (2). m=Q Ec. (1) Q = I t Ec. (2) 2da Ley de Faraday La masa depositada durante la electrólisis es directamente proporcional a la masa atómica M del material depositante, ecuación (3). m = M Ec. (3) 3era Ley de Faraday La masa depositada durante la electrólisis es inversamente proporcional a la valencia del material depositante, ecuación (4). m = 1/Z Ec. (4) Las tres leyes establecidas pueden combinarse en una sola relación si se introduce la constante de Faraday F, como se presenta en la ecuación (5).
m = Q M/ (F Z) Ec. (5)
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En la mayoría de los depósitos se requiere de una investigación previa, en cuanto a distancia de electrodos, la concentración iónica del electrolito, el tiempo de exposición, la diferencia de potencial empleada, la densidad de corriente y también el espesor del metal depositado.
Separación electrolítica de metales El proceso de la electrólisis tiene otra aplicación importante como es la separación de algunos metales que se encuentran mezclados entre sí, cuando existe una diferencia de potencial adecuada, diversos metales pueden separarse entre sí para ser recuperados. De esta manera se separa el cobre de la plata, el cobre del cadmio, el cadmio del zinc, etc. En una solución que contiene todos los metales mencionados, el procedimiento consiste en ajustar el potencial electrolítico primero en el punto más elevado que el requerido para depositar la plata, y luego la corriente decae hasta un valor más bajo en cuanto aquella que se haya depositado totalmente. Entonces se remueve el cátodo, se inserta uno nuevo, se ajusta de nuevo el potencial a un valor intermedio entre el cobre y cadmio, y se inicia de nuevo la electrólisis.
Disociación Electrolítica Aunque una gran cantidad de sustancias son solubles en agua solo las que contienen disuelto un electrolito (ácido, base o sales), conducen la corriente eléctrica. Estas sustancias una vez disueltas se disocian en mayor o menor amplitud, en partículas cargadas eléctricamente llamadas iones, las cuales pueden consistir en átomos o en grupos de átomos. En general, cuando un átomo se cambia a un ion cargado negativamente, entonces adquiere uno o más electrones adicionales, en tanto que cuando un ion se carga positivamente, ha perdido uno o más electrones. Cuando una corriente pasa a través de una solución, las partículas cargadas son transportadas por la corriente y se descargan en los electrodos. Las partículas de carga negativa o aniones se dirigen hacia el polo o electrodo positivo llamado ánodo y las partículas cargadas positivamente o cationes son transportadas hacia el polo negativo o cátodo. Al entrar en contacto los iones con los electrodos, sus cargas se neutralizan eléctricamente.
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IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL
EXPERIENCIA. DEMOSTRACIÓN DE LAS LEYES DE FARADAY
- Lijar las placas metálicas hasta que queden perfectamente limpias.
- Pesar cada una de las placas e identificarlas como placas 1,2, ..., etc.
- Con la placa No. 1 armar el circuito de acuerdo al diagrama de la Fig. 1.
Fig. 1 Esquema de una celda electrolítica
- Encender la fuente durante 60 s y registrar la lectura de corriente en la Tabla 1 (transcurrido dicho tiempo apagar la fuente).
- Sacar la placa del electrolito y medir el área cubierta por el cobre.
- Con los valores de I y A obtenidos, calcular: a. Los gramos de cobre depositados en la placa metálica aplicando la 2da Ley de Faraday. b. El espesor del cobre electrodepositado
- Pesar la placa cubierta por el cobre y por diferencia calcular los gramos de cobre electrodepositado.
- Repetir el procedimiento anterior para las placas metálicas 2, 3, 4 y 5 para 120, 180, 240 y 300 s, respectivamente.
- Anotar los resultados en la Tabla 1.
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donde: ρ = densidad del Cu, 8.92 gr/cm 3 V= volumen de Cu electrodepositado e= espesor de Cu electrodepositado A= área de Cu electrodepositado
Cuestionario
Instrucciones: Subraya completamente la respuesta correcta
1. La electrodeposición se basa en las leyes de: a) Ampere b) Kirchhoff c) Faraday d) Coulomb 2. La acción y efecto de revestir una superficie metálica con otro metal por electrolisis se conoce como: a) Galvanostegia b) Galvanoplastia c) Electrometalizado d) Galvanizado 3. La acción y efecto de revestir una superficie no metálica con un metal por electrólisis se llama: a) electrometalizado b) galvanoplastia c) galvanostegia d) galvanizado 4. La masa depositada durante la electrólisis es inversamente proporcional el número de oxidación del material depositante, corresponde a la: a) 1 era^ Ley de Faraday b) 2 da^ Ley de Faraday c) 3 era^ Ley de Faraday d) 1 era^ Ley de Joule
