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LABORATORIO DE ELECTROQUÍMICA PI322/BCobreado Alcalino con Agitación
INTEGRANTES: - Aguilar Sánchez, Victor Enrique - Natividad Alvarado, Henry Alex - Yallico Acosta, Giovanni Adolfo - Zumaeta Camán, Jean Lerby PROPFESOR: - Ing. Ángel Villón Ulloa
FECHA DE PRESENTACIÓN: - Viernes, 07 de Octubre de 2011
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ELECTROQUÍMICA INDUSTRIAL ELECTRODEPOSICIÓN DE COBRE ALCALINO CON AGITACION
Marco Teórico
Recubrimiento de Cobre en un Baño Alcalino con Agitación
Propiedades del Cobre.-
El cobre es un metal rojo, dúctil y maleable, fácil de trabajar, muy buen conductor del
calor y la electricidad. Su potencial normal es de 0.34V por lo que es más noble que el
hidrogeno y esto significa que es resistente al agua, disoluciones salinas y también a los
ácidos minerales siempre que no sean oxidantes o contengan oxígeno en disolución.
Sin embargo, no es resistente a aquellas disoluciones con las que puede formar sales
complejas solubles, por ejemplo acido clorhídrico concentrado, hidróxido amónico, sales
de amonio, etc., en presencia de un oxidante.
El cobre origina iones monovalentes y divalentes, de los que en disoluciones acidas
existen principalmente los divalentes; por el contrario en los baños de cianuro alcalino,
la mayor parte es monovalente. En las disoluciones acidas se disuelve el cobre formando
una sal normal; por el contrario, en electrolitos alcalino-cianurados forma un complejo
de cianuro doble, por ejemplo Na2Cu(CN)3 y K2Cu(CN)3
Baño Alcalino de Cianuro de Cobre.-
El baño de cianuro de cobre, a pesar de su toxicidad, se ha extendido mucho en la
galvanotecnia y hasta hoy no ha podido ser reemplazado por ningún otro que no sea
toxico.
Los recubrimientos en este baño son de grano fino, extraordinariamente adherentes al
hierro, cinc, aluminio, etc., y cubren bien. La buena adherencia procede probablemente
de que los cianuros alcalinos que contiene disuelven los óxidos, desengrasan y al mismo
tiempo actúan como pasivadores del hierro, cinc y aluminio.
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ELECTROQUÍMICA INDUSTRIAL ELECTRODEPOSICIÓN DE COBRE ALCALINO CON AGITACION
El principal componente de los baños de cobre alcalino-cianurados es el cianuro de
cobre, unido al cianuro sódico, como sal compleja NaCu(CN)2
En las soluciones alcalino-cianuradas, el cobre se encuentra, en su mayor parte, como
anión complejo, La disociación de la sal doble se verifica según las siguientes ecuaciones:
Na2Cu(CN )3⇄ Na+¿+NaCu(CN )3
−¿¿ ¿
NaCu (CN )3−¿⇄Na+¿+Cu(CN)3
2−¿¿¿¿
Cu(CN )32−¿⇄Cu+¿+3 (CN)−¿¿ ¿¿
La constante de disociación para los iones libres de cobre, que solo aparecen como tales
después de una disociación en tres etapas, es muy pequeña y, por tanto, la
concentración absoluta de los iones muy baja.
Una formula típica para un baño de cobre bajo es la siguiente:
N g/lt
Cianuro cuproso CuCN 0.25 22.5
(Cobre total, Cu) 0.25 16
Cianuro de sodio, NaCN 0.65 34
(Cianuro libre NaCN) 0.15 7.5
Carbonato de sodio 0.30 15
pH 11.5 a 12.
El rendimiento electrolítico en los baños alcalinos de cobre es notablemente mas
pequeño que en los baños ácidos. En general con temperaturas bajas asciende solo
hasta 40-70%. El rendimiento aumenta reduciendo la presión. Sin embargo, aumentado
la concentración de cianuro de cobre y la temperatura del baño pueden conseguirse
rendimientos hasta casi 100%.
Agitación
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ELECTROQUÍMICA INDUSTRIAL ELECTRODEPOSICIÓN DE COBRE ALCALINO CON AGITACION
Por la deposición del metal en el cátodo y la disolución de la cantidad correspondiente
en el ánodo se empobrece el electrolito del metal en las proximidades del cátodo
mientras en la superficie del ánodo la concentración de la sal metálica es cada vez
mayor. Esta diferencia no puede equilibrarse por la sola difusión y traslación de los
iones. Particularmente cuando se emplean elevadas densidades de corriente, la difusión
y traslación normal son capaces de producir una película uniforme de metal en el cátodo
como sería necesario.
Como consecuencia de la gran modificación de la composición del electrolito en el
cátodo y en el ánodo, se presentan nuevas e indeseables fenómenos como por ejemplo
una deposición conjunta de hidrogeno u otros metales. Para conseguir, sin trabajar con
grandes densidades de corrientes, una uniformidad en los electrodos es imprescindible
la agitación del electrolito.
La agitación de la solución produce un suministro fresco de sales o de iones metálicos al
cátodo, reduciendo el espesor de la película catódica y facilitando así el abastecimiento
de iones metálicos o de compuestos a la superficie catódica. También con la agitación se
mezcla la solución e impide la estratificación de soluciones más pesadas que se van al
fondo del tanque. El resultado neto de la agitación es el de que permite una densidad de
corriente más alta con el propósito de producir un depósito con una estructura dada
incrementando la densidad límite de la corriente para depósitos pesados.
Para obtener una concentración uniforme en el electrolito se recurre al movimiento del
líquido del baño o de los cátodos. Por este movimiento se reduce de tal manera el
espesor de las capas de líquido que rodean los electrodos entre los cuales existen
importantes diferencias de concentración, que la aportación de los iones metálicos,
incluso para grandes densidades de corriente, se hace en la medida necesaria.
Para los electrolitos cianuradas alcalinos se utiliza generalmente el movimiento del baño
por una bomba o por el desplazamiento vertical, horizontal o giro de los cátodos y no se
puede utilizar la agitación con aire comprimido ya que el acido carbónico del aire
produce una fuerte formación de carbonato sódico que envejecería rápidamente el
baño.
3.- DISCUSIÓN DE RESULTADOS
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ELECTROQUÍMICA INDUSTRIAL ELECTRODEPOSICIÓN DE COBRE ALCALINO CON AGITACION
Gráfica electrodeposición sin agitación Gráfica
electrodeposición con agitación
De acuerdo a los resultados se observa que la masa depositado del cobre es mayor para una corriente de 2.0 amperios ya sea el proceso con o sin agitación, sin embargo para la corriente de 1.5 amperios se tiene una mejor masa depositada cuando se realiza la agitación.
Para el caso de 0.5 amperio se ha tenido una disminución de la masa depositada en el último intervalo de tiempo (90 segundos) en el cobreado con agitación.
Un punto interesante es la masa depositada a los 30 segundos cuando se ha trabajado con 0.5 A, 1.0 A, 2.0 A. que al parecer es indiferente la corriente cuando el sistema es agitado pero en todos los casos el depositado de cobre es mayor que el sistema sin agitar.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2000
0.020.040.060.08
0.10.120.14
MASA DEPOSITADA VS TIEMPO (A CADA AMPE-
RAJE)
Tiempo (s.)
Mas
a De
posit
ada
(g.)
0 30 60 90 120 150 1800
0.020.040.060.08
0.10.120.14
MASA DEPOSITADA VS TIEMPO (A CADA AMPE-
RAJE)
0.5 A1.0 A2.0 A1.5 A
Tiempo (s.)M
asa
Depo
sitad
a (g
.)
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.20
0.010.020.030.040.050.060.07
MASA DEPOSITADA VS AMPERAJE (A CADA TIEM-
PO)
Intensidad de corriente eléctrica (A)
Mas
a De
posit
ada
(g.)
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.20
0.010.020.030.040.050.060.07
MASA DEPOSITADA VS AMPERAJE (A CADA TIEM-
PO)
30 s60 s90 s
Intensidad de corriente eléctrica (A)
Mas
a De
posit
ada
(g.)
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ELECTROQUÍMICA INDUSTRIAL ELECTRODEPOSICIÓN DE COBRE ALCALINO CON AGITACION
Gráfica electrodeposición sin agitación Gráfica electrodeposición con agitación
En primer lugar observamos que la masa de cobre es mayor sin agitación en los distintos intervalos de tiempos para una corriente de 0.5 amperios.
Para cualquier intensidad de corriente, la agitación favorece para el tiempo de 90 s.
Una gran masa depositada se tiene con una corriente de 1.5 A el cual el proceso con agitación es más ventajoso en los diferentes intervalos de tiempo de las experiencias.
Gráfica electrodeposición sin agitación Gráfica electrodeposición con agitación
Para el caso de 30 segundos se tiene una mayor eficiencia con agitación para el caso de 0.5 A y 1.5 A, en el caso de 60 segundos la mayor eficiencia se tiene con 0.5 A sin agitación y para los 90 segundos la mejor eficiencia es de 1.0 A sin agitación.
20 30 40 50 60 70 80 90 1000.00
20.0040.0060.0080.00
100.00120.00140.00
EFICIENCIA DE LA DEPOSI-CIÓN VS ΔTIEMPO (A CADA
AMPERAJE)
Δ Tiempo (s.)
Eficie
ncia
Cat
ódica
(%)
20 30 40 50 60 70 80 90 1000.00
10.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00
EFICIENCIA DE LA DEPOSI-CIÓN VS ΔTIEMPO (A CADA
AMPERAJE)
0.5 A1.0 A1.5 A2.0 A
Δ Tiempo (s.)
Eficie
ncia
Cat
ódica
(%)
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Gráfica electrodeposición sin agitación Gráfica electrodeposición con agitación
A una corriente de 0.5 A su mayor eficiencia la tendrá a los 60 segundos igualmente la de 1.0 A será a los 90 segundos en ambos casos sin agitar; la de 1.5 A su mayor eficiencia será a los 90 segundos y agitando, la de 2.0 A será a los 60 segundos y agitando.
Resumen de Resultados:
Para 2.0 A se tiene una mayor masa depositada y creciente ya sea con o sin agitación sin embargo su mejor eficiencia es a los 60 segundos ya se sea con o sin agitación
Para 1.5 A se tiene una mayor masa depositada con agitación y es debido a que su eficiencia se representa mejor a los 90 segundos y 30 segundos.
Para 1.0 A se tiene una mayor masa depositada sin agitación ya que diferencia al proceso de con agitación se tiene una mayor eficiencia a los 90 segundos.
Para 0.5 A se tiene una mayor masa depositada sin agitación y aunque la eficiencia es mayor a los 30 segundos con agitación en el anterior proceso le saca ventaja a los 60 segundos y 90 segundos.
4.- CONCLUSIONES:
Adhesión imperfecta del depósito, por la presencia de burbujas, debido a la presencia de grasa, oxido o mancha en el metal antes de cobrear.
Deposito rugoso, o color rojo ladrillo opaco siendo la posibilidad la excesiva densidad de corriente.
La mayor electrodeposición se nota a mayores densidades de corriente y es debido a la agitación que se suministra al cátodo renueva la sal que se va agotando con el paso de la corriente, reduciendo, además, el espesor de la película de liquido (Cianuro o complejo Cianurado) adherida a este electrodo.
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.20.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
EFICIENCIA DE LA DEPOSI-CIÓN VS AMPERAJE (A CADA
ΔTIEMPO)
Intensidad de corriente eléctrica (A)
Eficie
ncia
Cat
ódica
(%)
0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.20.0
10.020.030.040.050.060.070.080.0
EFICIENCIA DE LA DEPOSI-CIÓN VS AMPERAJE (A CADA
ΔTIEMPO)
30 secons60 secons90 secons
Intensidad de corriente eléctrica (A)
Eficie
ncia
Cat
ódica
(%)
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Si bien es cierto la agitación homogeniza al electrolito este también puede disminuye la polarización disminuyendo el poder de penetración del baño esto se puede reflejar en las electrodeposición de los amperajes 0.5 A y 1.0 A.
Se puede concluir mediante estas experiencias que en todo proceso existe unas ciertas condiciones en las cuales se puede obtener resultados óptimos a comparación a otras condiciones normales como se puede verificar en la grafica Masa Depositada v/s Amperaje.
Podemos concluir en la grafica Eficiencia de la Deposición v/s ∆Tiempo que el factor de la Agitación puede mejorar la condiciones óptimas a comparación sin la Agitación.
La agitación es un factor que nos puede permitir una mejor electrodeposición en el cátodo pero como también nos puede desfavorecer esta electrodeposición no solo con la menor cantidad posible depositada de masa sino con las características del recubrimiento como menor brillo, menor dureza, etc.
