11

11. Depuneri catodice de metale

CUPRAREA

Scopul lucrrii

Depunerea cuprului pentru realizarea cablajelor imprimate utilizate n industria electronic.

Depunerile catodice (galvanice) a stratelor metalice se fac in scopul cresterii rezistentei la coroziune a pieselor acoperite, imbunatatirii aspectului decorativ si marirea rezistentei acestora la uzura. Depunerile electrochimice (catodice) au la baza reactia catodica de reducere a ionilor metalici din solutii apoase : M+z + z e- M pe suprafata piesei legata la polul negativ al unui circuit electric de electroliza (fig 1).

Depunerea catodica a metalelor din solutii apoase are loc la potentiale mai negative decit potentialul de echilibru al metalului in seria potentialeloe standard Volta.

Principiul lucrarii. Depunerile catodice de cupru prezinta o importanta deosebita din punct de vedere decorativ, protector cat si functional. In scop protector decorativ cuprul se depune ca substrat inaintea depunerilor de crom, nichel, argint si staniu atat pe materiale metalice cat si pe materiale nemetalice cum ar fi materiale plastice si ceramice. In scop functional, datorita conductibilitatii electrice ridicate depunerile de cupru sunt utilizate pe scara larga in tehnologiile electrotehnice si electronice.

In lucrarea de fata se va efectua o cuprare cu anod solubil, adica se va depune un strat de cupru pe o placa de alama. Electrodepunerea cuprului are loc intr-o celula de electroliza (fig. 1), utilizand drept electrolit o solutie acida de CuSO4. Anodul celulei este o bara de cupru, iar la catod se plaseaza piesa ce urmeaza a fi protejata.

Sulfatul de cupru se disociaza in solutie conform ecuatiei:

CuSO4SYMBOL 174 \f "Symbol"Cu2+ + SO42- (1)

La electrozii instalatiei de electroliza se desfasoara urmatoarele reactii electrochimice:

Catod (alama): Cu2+ + 2e-SYMBOL 174 \f "Symbol" Cu (reducere) (2)

Anod (cupru): Cu - 2e-SYMBOL 174 \f "Symbol"Cu2+ (oxidare) (3)

Potrivit reactiilor chimice de mai sus, la catod (polul negativ), deci pe piesa de alama, se depune cupru, iar anodul (piesa de cupru) se consuma (electroliza cu anod solubil).

Aparatura si substante: anod de cupru, catod de alama, solutie acida de sulfat de cupru, montaj de electroliza, balanta analitica.

Mod de lucru

1. Se cur placua de alam pe care urmeaz s se fac depunerea i se spal n jet de ap;2. Se cntrete plcua de alam la balana analitic cu precizie de ( 0.01 g i se noteaz masa iniial, mi;

3. Se realizeaz montajul conform figurii 1;

4. Se monteaz electrozii n suportul special, se conecteaz la bornele sursei de curent continuu respectnd polaritile i se introduc n baia de electroliz;

5. Se conecteaz instalaia de electroliz la reea i se pune n funciune;

6. Se regleaz cu ajutorul poteniometrului sursei, intensitatea curentului electric la 0.5 A.

Observaie: n timpul electrolizei se va urmrii ca intensitatea curentului electric s se menin constant.7. Dup 30 de minute se ntrerupe funcionarea instalaiei; Catodul de alam se scoate din celula de electroliz se spal cu ap distilat i se usuc prin tamponare cu hrtie de filtru;

8. Se cntrete la balana analitic i se noteaz masa final, mf;

9. Se msoar suprafaa total, S a plcuei de metal care a fost acoperit cu cupru.

Rezultate i calcule: Se ntocmete urmtorul tabel:

Metalul de protejatI

[A]t

[ore]mi[g]mf[g]mp[g]mt[g](c

[%]S

[cm2]h

[cm][(]

Se calculeaz masa teoretic de cupru (mt ) conform legilor lui Faraday (relaia 4), cunoscnd ACu=63.54[g/mol];

(4)in care: A - masa atomica a metalului (ACu=63,5 g)

I - intensitatea curentului de electroliza (A);

t - timpul de electroliza (h);

z - valenta metalului;

F - numarul lui Faraday (F= 96500 C = 26,8 Ah) (1 C = As) Se calculeaz masa de cupru depus practic cu relaia mp = mf - mi;

Se calculeaz randamentul de curent cu ajutorul relaiei (5);

(5) Se calculeaz grosimea stratului de cupru depus la electroliz cu relaia (6) cunoscnd

(Cu=8.93 [g/cm3].

(6) unde: mp - masa practica de cupru depusa, g; S - suprafata piesei pe care s-a realizat depunerea, cm2; SYMBOL 103 \f "Symbol" - masa specifica (densitatea) cuprului (SYMBOL 103 \f "Symbol"Cu=8,93 g/cm3).

Exerciii.1. Sa se calculeze curentul de electroliza (I) si timpul de electroliza (t) necesar depunerii unui strat de cupru de grosime () 0,2 mm pe o suprafata (S) de 1 cm2 daca densitatea de curent (i=I/S) este 1,5 A/dm2, iar ACu=63g, z=2 si F=96500 A.sec.

2. O celula de producere a aluminiului prin electroliza solutiei de alumina in criolita topita necesita 20000 A. Cat aluminiu (mp) se obtine pe zi in celula de electroliza presupunand ca randamentul este 92%. Masa atomica a Al este 27 g iar F=96500 A.sec.

3. La electroliza unei solutii de fier la o intensitate de 4 A si un randament de 80%, se depun in 2 ore 4,45 g fier (mp). Care este starea de oxidare (z) a fierului in solutia respectiva. AFe= 56 g.

4. Pentru acoperirea completa a unui obiect de podoaba este necesara o cantitate de 2,5 g Ag.

Folosindu-se la electroliza un anod de argint intr-o celula electrolitica cu solutie de AgNO3, timp de 10 min se cere: a) reactiile la electrozi; b) intensitatea curentului folosit la argintare; c) daca se foloseste un curent de 5 A, care este randamentul de curent? 5. Se cupreaza prin electroliza cu anod solubil de cupru un obiect cu dimensiunile 10-20 cm. Stratul de Cu depus are grosimea de 0,005 mm ((= 8,9 g/cm3). Sa se scrie reactiile care au loc la electroliza CuSO4 si sa se calculeze timpul de cuprare daca intensitatea curentului este I = 5 A. Masa atomica a Cu este 64 g.1

5

4

3

2

A

Fig 1. Montaj de electroliza

Sursa de curent continuu

Rezistenta variabila

Anod

Catod

Vas electroizolant

miliampermetru

6