Electroquimica Cobre Alcalino Final (1)

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

ELECTRODEPOSICIÓN DE COBRE EN BAÑO ALCALINO

1. OBJETIVOS:

Realizar la electrodeposición de Cobre, en baño alcalino, variando la intensidad de

corriente y el tiempo, para determinar la eficiencia catódica.

Analizar, discutir y explicar los resultados, mediante los fenómenos ocurridos en el

proceso electroquímico.

2. MARCO TEÓRICO:

POTENCIA DE DEPÓSITO.

Se entiende por potencia de depósito al poder cubriente sobre una superficie. Por tanto los baños

alcalinos tienen una alta potencia de depósito debido al movimiento lento del metal acomplejado.

Baño alcalino de cobre cianurado

Baños de bajo cobre.

Tal como se puede notar de la expresión de la primera ley de la electrolisis de Faraday, que se

muestre anteriormente, la valencia del cobre determina el equivalente electroquímico de este,

por lo que existe un análisis separado para cada caso cúprico Cu2+ y cuproso Cu1+.

La mayoría de los baños cúpricos no pueden ser usados directamente sobre acero o zinc porque

tienden a depositar cobre por inmersión en una forma no adherente, en tanto que los

recubrimientos electrolíticos de cobre de baño cianurado se utiliza para los grosores finos sobre

todo tipo de metales de base y actúa como una capa de bases para nuevas capas de otros tipos de

baño de cobre, Por este motivo, su aplicación está muy extendida.

ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL Página 1


En las soluciones cianuradas de cobre el cobre está en el estado cuproso Cu1+, siendo el principal

constituyente de la solución el dicianocuprato de sodio Na [Cu(CN )2 ], esta solución se prepara

disolviendo las sales de NaCN yCuCN en forma separada en una relación molar adecuada o

disolviendo el cianuro cuproso en una solución de cianuro de sodio.

El cianuro de sodio es un sólido blanco y tiene carácter altamente venenoso y se debe evitar

ponerlo en contacto con ácidos para evitar la producción de ácido cianhídrico que por ser gaseoso

es de alta difusión y sumamente nocivo para la salud. Además si este cianuro de sodio se expone

al contacto con dióxido de carbono, parte de este se convierte en carbonato de sodio, tal como

ocurre en la solución electrolítica, a menos que se aísle del ambiente; sin embargo este último no

es malo ya que inclusive se tiene como parte de la composición del baño al carbonato de sodio

cuya función es mantener un pH alcalino, pues evita la formación de ácido cianhídrico.

2NaCN+H 2O+CO2→Na2C03+2HCN

Deberá usarse suficiente cianuro de sodio por razones como: parte del cianuro de sodio se

convierte en carbonato de sodio por acción del dióxido de carbono de aire, cúpricos a cuprosos,

formar el cianuro cuproso, incrementar la corrosión en el ánodo y dejar un excedente de cianuro

liberado en la solución; sin embargo demasiado exceso de cianuro causa la producción de gases en

el cátodo. [2]

La composición del baño es:

Cianuro de cobre 22,5 g/l 0.25 N

Cianuro sódico 34,0 g/l 0.65 N

Carbonato de sodio 15,0 g/l 0.30 N

Condiciones de operación:



pH 11.5 -12.5

Es conveniente trabajar con temperaturas cerca de 40°C y una densidad de corriente de

1.6 0.5 I/dm2 , pues a temperaturas más altas se ocasiona una más rápida descomposición

del cianuro.

Para la temperatura ambiente la densidad de corriente adecuada es 0.5 I/dm2.

Principales reacciones químicas involucradas.

El dicianocuprato de sodio se disocia en iones sodio y un ion complejo de dicianocuprato. w

Na [Cu(CN )2 ]↔ Na+¿+[Cu(CN )2]

−¿¿¿

Luego el ion dicianocuprato se disocia en iones cuproso y cianuro.

[Cu(CN )2 ]−¿↔Cu+¿+2CN−¿¿¿ ¿

Esta segunda disociación toma lugar en una pequeña extensión, pero cuando los iones cuproso

se depositan en forma rápida y electrolíticamente sobre el cátodo, inmediatamente se forman

iones frescos de Cu+ a partir del complejo.

Reacciones implicadas en el acomplejamiento del ion cobre:

Na2Cu(CN)3 → Na+ + NaCu(CN)3-

NaCu(CN)3- → Na+ + Cu(CN)3

2-

Cu (CN)32- → Cu+ + 3 CN-

Keq = 2.6 x 10-29



El baño de cianuro de cobre también se prefiere cuando se van a electro depositar formas

complejas, con superficies muy intrincadas, porque tiene una gran potencia de depósito y cubre

mejor las formas complicadas ya que se realiza bajo una fuerte polarización , lo cual representa un

gran impedimento para la reacción que da origen a iones libres, imprescindibles para efectuar el

depósito metálico, lo que posibilita un depósito lento, pero muy parejo(velocidad de crecimiento

del grano lenta), obteniendo recubrimientos de grano fino, muy adherentes.

3. CALCULOS Y RESULTADOS

Masa depositada (g)

I(A/dm2) 60 s 120 s 180 s 240 s1 0.02 0.055 0.076 0.106

1.5 0.029 0.073 0.104 0.1332 0.042 0.082 0.127 0.168

2.5 0.051 0.095 0.144 0.187Tabla Nº1. Datos recogidos en el Laboratorio.

Calculando la Eficiencia Catódica

Para ello primero hallamos la Masa teórica:

Para una densidad de flujo de 1 A/dm2 y un tiempo de 60 segundos:

m=63.54 x 1x 6096500 x 1

=0.04

Del mismo modo para los demás datos:

Masa depositada (g)

I(A/dm2) 60 s 120 s 180 s 240 s1 0.040 0.079 0.119 0.158

1.5 0.059 0.119 0.178 0.2372 0.079 0.158 0.237 0.316

2.5 0.099 0.198 0.296 0.395



Eficiencia catódica= Masa Depositada RealMasa DepositadaTeórica

×100%

¿ 0.020.04

×100%

¿50.62%

Realizando el cálculo similar para los demás datos obtenemos la siguiente tabla:

Eficiencia Catódica (%)

I(A/dm2) 60 s 120 s 180 s 240 s1 50.62 69.61 64.12 67.08

1.5 48.94 61.59 58.50 56.112 53.16 51.89 53.58 53.16

2.5 51.64 48.09 48.60 47.33Tabla N°2. Eficiencia catódica de la experiencia del laboratorio

Graficando los valores obtenidos en esta tabla, primero en una gráfica de eficiencia vs densidad de corriente, manteniendo el tiempo constante. Luego, graficamos la eficiencia vs el tiempo manteniendo la densidad de corriente constante.

0.5 1 1.5 2 2.5 340.00

45.00

50.00

55.00

60.00

65.00

70.00

75.00

Eficiencia vs Densidad de Corriente

t=60st=120st=180st=240s

Densidad de Corriente (A/dm2)

Eficie

ncia

(%)

Grafico N°1. Eficiencia catódica vs densidad de corriente a distintos tiempos



50 100 150 200 25040.00

45.00

50.00

55.00

60.00

65.00

70.00

75.00

Eficiencia vs Tiempo

1 A/dm21.5 A/dm22 A/dm22.5 A/dm2

Tiempo (s)

Eficie

ncia

(%)

Grafico N°2. Eficiencia catódica vs tiempo, para distintas densidades constantes

Hallando la velocidad de deposición:

Velocidad de Deposicion= Masa depositadaTiempodeTrabajo

×3600 seg / Hr

Para una masa de deposición de 0.02 g y tiempo de trabajo de 60 segundos

Velocidad de Deposicion=0.0260

×3600 seg / Hr

Velocidad de Deposicion=1.2 gh

Del mismo modo para los demás datos:

Velocidad de Deposicion (g/h)

I(A/dm2) 60 120 180 2401 1.2 1.65 1.52 1.59

1.5 1.74 2.19 2.08 1.9952 2.52 2.46 2.54 2.52

2.5 3.06 2.85 2.88 2.805



0.5 1 1.5 2 2.5 31

1.5

2

2.5

3

3.5

Velocidad de Deposicion vs Densidad de Corriente

t=60st=120st=180st=240s

Densidad de Corriente (A/dm2)

Velo

cidad

de

Depo

sicio

n (g

/h)

Grafico N°3. Velocidad de deposición vs densidad de corriente, a distintos tiempos.

50 100 150 200 2501

1.5

2

2.5

3

3.5

Velocidad de Deposicion vs Tiempo

1 A/dm21.5 A/dm22 A/dm22.5 A/dm2

Tiempo (s)

Velo

cidad

de

Depo

sicio

n (g

/h)

Grafico N°4. Velocidad de deposición vs tiempo, a distintas densidades de corriente.

4. DISCUSION DE RESULTADOS:

De la gráfica Nº 1 vemos que la tendencia normal de las eficiencias para cada tiempo al aumentar la densidad de corriente es decreciente, esto debido a que al aumentar la densidad de corriente aumenta la polarización (hay un despoblamiento de cationes debido a que la velocidad de reacción es mayor a la velocidad de traslación, esto es más evidente en este baño alcalino debido a la existencia del cianuro (agente acomplejante), que forma



iones grandes y hace el movimiento del metal lento), esto también evidencia el porque de las eficiencias bajas durante todo el proceso y también que es el hidrogeno quien se reduce en vez del Cu2+ que es evidenciado por la formación de burbujas en el cátodo.

De la gráfica Nº 2 vemos que para densidades de corriente 1 y 1.5 la eficiencia aumenta para el intervalo de tiempo de 60s a 130s aproximadamente, esto debido a que al ser las densidades de corriente no tan altas el fenómeno de polarización no es tan evidente, lo contrario ocurre para las densidades de corriente de 2 y 2.5 donde la eficiencia disminuye. Para las densidades de corriente de 1 y 1.5 luego del tiempo 130s la tendencia es que la eficiencia disminuya esto debido a que al transcurrir el tiempo la solución no tiene una concentración homogénea esto debido a que no hay agitación y esto conlleva a una mayor polarización (mayor despoblamiento de cationes en la película catódica).

En el grafico N°2 para las curvas j=1 A/dm2 y j=1.5 A/dm2 son mayores las eficiencias que puesto que en las curvas j=2 A/dm2 y j=2.5 A/dm2 en cada curva las polarizaciones son constantes ya que la densidad de corriente no varía entonces un factor que puede estar influyendo es la reducción del ion hidrogeno a hidrogeno molecular esto puede ser causado por la velocidad del ion hidrogeno en medio acuoso en cual seda por el mecanismo llamado estatefa o de Grotthus llega con mayor facilidad al electrodo que el ion Cu, toma los electrones libres del electrodo y se reduciéndose.

En el grafico N°2 para las curvas j=2 A/dm2 y j=2.5 A/dm2 son casi constantes pero para las curvas j=1 A/dm2 y j=1.5 A/dm2 hay un pico pronunciados en el intervalo de 60-240s el cual indica que hay una mayor deposición de Cu que del el ion hidrogeno aunque este se mueve con mucho mayor rapidez en medios acuosos que el ion cobre entonces hay una etapa que se hace aún más lenta que es el desprendimiento del ion hidrogeno

H ads+H 3O+¿+e → H 2+H 2O¿

O la etapa de recombinaciónH ads→2H 2

En el grafico N° 4 para las curvas j=2 A/dm2 y j=2.5 A/dm2 tienden a ser más constantes en el tiempo en cambio para la curvas j=1 A/dm2 y j=1.5 A/dm2 son mucho más variantes en el tiempo un factor influyente puede ser la formación del cianógeno en el baño en cual disminuye la presencia del ion cianuro no pudiendo formar el complejo CuCN2

- y quedando el ion Cu libre para su reducción.

HCN →12(CN )2+H+¿+1e−¿¿ ¿

Pero conforme la densidad de corriente incrementa también se da la reacción:

(CN )2+OH−¿ →CN−¿+CNOH ¿¿

Pudiendo este ion cianuro libre formar complejos con el ion Cu.



5. CONCLUSIONES :


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