Informe 3

 

2. Marco Teorico -Referencial 2.1 Marco Teòrico Electrodeposición del cobre La electrodeposici electrodeposición ón de cobre se refiere a la obtenci obtención ón de cátodos cátodos de cobre de alta pureza, los cuales se producen sumergiendo dos elect electrodos rodos en una solución electrolítica electrolítica de sulfato sulfato de cobre. En la electrodeposición el ánodo es insoluble de manera que el electrolito no llegará a ser contaminado durante la operación y de ese mismo modo el ánodo no requerirá ser reemplazado frecuentemente. Al pasar la corriente eléctrica provoca la deposición de cobre en el cátodo cátodo,, mientras en el ánodo se descompone el agua dando lugar a burbujas de oxígeno O2 e iones H+ que a su vez originan el H 2SO4. [CITATION Bal00 \l 9226 ] Se trata de fabricar una celda electrolítica con una fuente externa de alimentación eléctrica y de observar en ella la electrodeposición de una capa de cobre sobre un objeto de acero inoxidable, que actúa como cátodo de la celda. Las reacciones de corrosión son de naturaleza electroquímica, ya que implican transferencia de electrones entre el metal que sufre el ataque (que actúa como dador electrónico o ánodo) y una segunda sustancia que recibe tales electrones, y que por tanto se reduce, actuando como oxidante en la reacción redox. Muchas partes metálicas se protegen de la corrosión por electrodeposición, para  producir una fina capa pprotectora rotectora de metal. En este proceso, la parte que va a ser recubierta re cubierta constituye el cátodo de una celda electrolítica. El electrolito es una sal que contiene cationes del metal de recubrimiento. Se aplica una corriente continua por medio de una fuente de alimentación, tanto a la parte que va a ser recubierta como al otro electrodo. Un ejemplo de deposición en varias capas es la del cromado de los automóviles. En el cromado la electrodeposición consta de una capa inferior de cobre, una intermedia de níquel y una capa superior de cromo. [CITATION BIS93 \l 9226 ] En una celda electrolítica se produce una reacción redox no espontánea suministrando energía eléctrica al sistema por medio de una batería o una fuente de alimentación. La  batería actúa como una bomba de electrones, arrancándolos del ánodo y empujándolos al interior del cátodo. Dentro de la celda, para que se mantenga la electroneutralidad, debe ocurrir un proceso que consuma electrones electrones en el cátodo y que los genere en el ánodo. Este  proceso es una reacción rea cción redox. La electrodeposición es uno de los procesos electroquímicos aplic apl icado ado a ni nive vell in indus dustr tria ial, l, qu quee ti tiene ene ma mayo yorr im impo port rtan anci ciaa en cu cuant antoo a vo volu lume menn de  producción, y es también uno de los que causan mayor impacto económico, ya que se logra que piezas constituidas por material barato, tengas excelentes características de resistencia a la corrosión, gracias a la capa metálica electrodepositada. [CITATION Món \l 9226 ]

2.2Marco referencial La práctica ELECTRODEPOSICION DELdeCOBRE , se de llevó acabo el 14 de enero 2020, en el laboratorio de Fìsico Quìmica la Facultad Ciencias dedía la Escuela de de

 

Ingeniería Química, localizado en la ESPOCH, en la ciudad de Riobamba, ubicada en la Panamericana Sur km 1 ½, cuyas coordenadas son 78°40’20’’ y una altura de 2815 msnm.

3. IN INST STR RUC UCCI CION ONES ES 3.1 Sustancias y Reactivos: 



Ácido Sulfúrico concentrado. Sulfato de Cobre



Agua destilada

3.2 Sustancias y Reactivos: 

Celda electrolítica



Vaso de Precipitación de 250 ml



Piseta



Pipeta de 5 ml



Balanza digital Canastas de papel



Moneda de 5 centavos



Pilas para galvanizados



Balón aforado 500 ml



3.3 Procedimiento:  

Preparar una solución de Sulfato de Cobre 0,1 M y agregar unas gotas de ácido sulfúrico.

 

Limpiar una moneda de 5 centavos y pesar antes de introducir al sistema.



Colocar la solución de Sulfato de Cobre en el recipiente del sistema e introducir la moneda.



Tomar el tiempo desde el momento que dejamos la moneda al lado de la pila de carbón hasta que tome un color rojizo.



Pesar la moneda con el recubrimiento.

4. Datos 4.1. Datos Experimentales

 

Tabla 4.1- 1. Datos experimentales del peso de la moneda

Peso iinnicial ((gg) 4,97

Peso ffiinal ((gg) 4,98

 FUENTE: CÓRDOVA, Luis. FC-Laboratorio FC-Laboratorio de Fisicoquímica y Corrosión, ESPOCH, 2020

5. Cálculos y resultados 5.1. Cálculos 5.1.1. Cálculo de los gramos utilizados para la solución

0,1 molCuSO 4

159,61 gCuSO 4

1000 mL

1 molCuSO 4

  ×

× 500 mL=7,98 gCuSO4

5.1.2. Cálculo del peso de Cobre electrodepositado que gana la moneda Gramos Gram os de Cobre Cobre = Peso final− Peso inicial Gramos Gram os de Cobre Cobre=4,98 g −4,97 g

Gramos Gram os de Cobre Cobre =0,01 g

5.2. Resultados Se logró observar que en el cátodo se va formando un precipitado de cobre que se deposita como una fina capa de color rojizo sobre la pila de carbón, para después transferirse a la moneda y lograr el color rojizo característico proceso en el cual la moneda gana 0,01 g de peso lo cual se debe al recubrimiento del cobre.

5.2.1. Reacciones 5.2.1.1. Reacciones que ocurren en el cátodo 2+ ¿

e´ →Cu( s) E ° =0,34 V   ¿¿ Cu (ac ) + 2 e→Cu −¿

2 H 2 O(l )+ 2 e´ → H 2( g) + 2 O H ( ac) E ° =− 0,83 V  ¿  ¿

5.2.1.2. Reacciones que ocurren en el ánodo

 

2− ¿

2 S O 4( ac ) → S2 O3( ac ) + 2 ´e E=−2,01 V   ¿ ¿ +¿

2 H 2 O(l ) → O2( g )+ 4 H ( ac) + 4 e´ E ° =−1,23 V  ¿  ¿ 2+ ¿

Cu(s ) Cu( ac ) + 2 ´e E °=−0,34 V   ¿¿

6. Errores 6.1. Errores Sistemáticos Las balanzas analíticas no son calibradas semanalmente por lo cual al momento de pesar  los reactivos para la preparación de las soluciones existe un grado de error.

6.2. Errores Aleatorios Al elaborar las celdas electrolíticas se debe revisar que las pilas no sean recargables o alcalinas, ya que ese tipo de pilas no tienen electrodo de carbón. Al momento de pesar la  pila para obtener su peso final se tiene que dejar d ejar secar por un momento y no secar con una tolla o algún tipo de material, ya que así se retirara parte del recubrimiento de cobre y el peso será diferente al real.

7. Discusión Según Seg ún (N (Nava ava,, 20 2013) 13) el ob obje jeti tivo vo de un proce proceso so de el elec ectr trode odepo posi sici ción ón es pr prepa epara rarr un recubrimiento metálico adherente sobre una superficie a través de una corriente continua. Por ejemplo, los recubrimientos de Cu/ Ni/ Cr, se aplican generalmente sobre acero, cobre y sus aleaci aleaciones, ones, para brindar un efecto protect protector. or. Para la practica realizada, realizada, se utilizó utilizó una sustancia electrolítica de sulfato de cobre, la cual, al estar en contacto con el sistema, y al  pasar corriente eléctrica, se obser observó vó la descomposición de cobr cobree en el cátodo, precipitando en el mismo, y transfiriéndose así a la moneda, adquiriendo un color rojizo debido al recubrimiento del cobre. Por otro lado, en el ánodo se descompuso el agua dando lugar a  burbujas de O2 e iones H+

8. Conclusiones y Recomendaciones. 9. Aplicaciones 

La descomposición electrolítica es la base de un gran número de procesos de extracción y fabricación muy importantes en la industria moderna. La sosa cáustica (un producto químico importante para la fabricación de papel, rayón y película fotográfica) se produce por la electrólisis de una disolución de sal común en agua. La reacción produce cloro cloro y  y sodio sodio..

 









El sodio reacciona a su vez con el agua de la pila electrolítica produciendo sosa cáustica. El cloro obtenido se utiliza en la fabricación de pasta de madera y papel. Una aplicación industrial importante de la electrólisis es el horno eléctrico, que se utiliza para fabricar aluminio, magnesio y sodio. En este horno, se calienta una carga de sales metálicas hasta que se funde y se ioniza. A continuación, se deposita el metal electrolíticamente. Los métodos electrolíticos se utilizan también para refinar el plomo, el estaño, el cobre, el oro y la plata. La ventaja de extraer o refinar metales por procesos electrolíticos es que el metal depositado es de gran pureza. La galvanotecnia, otra aplica apl icació ciónn ind indust ustria riall ele electr ctrolí olític tica, a, se usa para dep deposi ositar tar pel pelícu ículas las de met metale aless  preciosos en metales base. También se utiliza para depositar metales y aleaciones en piezas metálicas que  precisen un recubrimiento resistente y duradero. La electroquímica ha avanzado recientemente desarrollando nuevas técnicas para colocar capas de material sobre los electrodos, aumentando así su eficacia y resistencia. Tras el descubrimiento de ciertos polímeros que conducen la electricidad, es posible fabricar electrodos de  polímeros.

[ CITATION Bor16 \l 3082 ] 10. Referencias Bibliográficas: 10.1. Citas [ CITATION Atk16 \l 3082 ] [CITATION Bal00 \l 9226 ] [CITATION BIS93 \l 9226 ] [ CITATION Bor16 \l 3082 ] [ CITATION Góm10 \l 3082 ] [CITATION Món \l 9226 ] [ CITATION Lóp18 \l 3082 ] [ CITATION Max17 \l 3082 ] [ CITATION Poy17 \l 3082 ] [ CITATION Rou15 \l 3082 ] (Nava, 2013)

 

10.2. Bibliografía:  





 

 

  

Atkins, P. (2016). Celda galvánica. New galvánica. New York: Universidad de Oxford . Ballester, Ball ester, A; Verdeja, F & Sancho, J. (2000). Metalurgia (2000). Metalurgia Extractiva, Fundamentos. Madrid, España.: Vol. 1. Ed. Síntesis, S.A. BISWAS. (1993). Metalurgia (1993). Metalurgia Extractiva – “Eu Cobre”. 1º Edición. México: Edición. México: Limusa. S.A. Borisonv, G. (2016). Electroquímica. (2016). Electroquímica. Noriega:  Noriega: Editorial Ciencia y Educación. Gómez, M. (2010). Electrodeposición. (2010). Electrodeposición. Lima  Lima - Perú: Editorial Orca. Gonzales, M. (2010).  La Guía química Electrodeposición Electrodeposición.. Obten eniido de https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/electrodeposicion López, G. (2018). Tipos de Recubrimientos. Bogotá: Recubrimientos. Bogotá: Editorial Grawm Hill. Maxwer, D. (2017). Preparación (2017). Preparación de superficies metálicas. Empresa metálicas.  Empresa Mexicana:  Nervion pinturas. Poyser, K. (2017). Ley (2017). Ley de Farday. México: Farday. México: Editorial Oxwell. Rousbelt, S. (2015). Celdas Electroliticas. Estados Electroliticas.  Estados Unidos: Editorial Reverté.  Nava, D (2013). Electrodeposición (2013).  Electrodeposición y Caracterizacioón de Recubrimientos de Ni-P . CONACYT

11. Cuestionario: ¿Qué es una celda galvánica y celda electrolítica?

a. CE CELD LDA A GA GALV LVÁN ÁNIC ICA A galvánicas, son un dispositivo en el que la transferencia de electrones, (de la Las Celdas galvánicas, semireacción de oxidación a la semireacción de reducción), se produce a través de un circuito externo en vez de ocurrir directamente entre los reactivos; de esta manera el flujo de electrones (corriente eléctrica) puede ser utilizado.[ CITATION Atk16 \l 3082 ] En la siguiente figura, se muestran los componentes fundamentales de una celda galvánica o voltaica:

 

[ CITATION Atk16 \l 3082 ]

b. CE CELD LDA A EL ELEC ECTR TROL OLÍTI ÍTICA CA Se de deno nomi mina na cel celda da ele electr ctrolí olític ticaa al di disp spos osit itiv ivoo ut util iliz izad adoo pa para ra la de desc scom ompo posi sici ción ón mediante corrie corriente nte eléctrica eléctrica  de sust sustanc ancias ias ioniza ionizadas das denomin denominada adass electrolitos. electrolitos.[ CITATION CITATION Rou15 \l 3082 ]

Los electrolisis pueden ser ácidos ácidos,, bases  bases o  o sales sales.. Al proce proceso so de disociación disociación  o de desco scomp mposi osici ción ón rea reali liza zado do en la celda celda el elec ectr trol olít ític icaa se le llama electrólisis electrólisis.. [ CITATION Rou15 \l 3082 ] En la electrolisis se pueden distinguir tres fases: 





Ionización - Es una fase previa antes de la aplicación de la corriente y para efectuar  la sustancia a descomponer ha de estar ionizada, lo que se consigue disolviéndola o fundiéndola. Orientación - En esta fase, una vez aplicada la corriente los iones se iones se dirigen, dirigen, según su carga eléctrica eléctrica,, hacia los polos (+) o (-) correspondiente Descarga - Los iones negativos o aniones aniones ceden  ceden electrones al ánodo (+) ánodo (+) y los iones  positivos o cationes cationes toman  toman electrones del cátodo cátodo (-).  (-).

 

[ CITATION Rou15 \l 3082 ]

¿Qué es la ley de Faraday? La ley de Faraday , descubierta por el físico del siglo XIX Michael Faraday. Faraday. Relaciona la razón de cambio de flujo magnético que magnético que pasa a través de una espira (o lazo) con la  

magnitud de la fuerza la fuerza electromotriz  electromotriz  Ɛ inducida en la espira. La relación es: ε=

dφ dt 

La fuerza electromotriz, o FEM  o  FEM , se refiere a la diferencia de potencial a través de la espira descargada descargada (es  (es decir, cuando la resistencia en el circuito es alta). En la práctica es a menudo suficiente pensar la FEM como un voltaje, pues tanto el voltaje y como la FEM se miden con la misma unidad, el volt volt.. [ CITATION Poy17 \l 3082 ]

 

Calcular la intensidad de la corriente en la celda electrolítica

Datos: m Cu = 0,01g Ve = 2 ē F = 96500 M Cu = 63,54 t = 180 s m Cu∗V e∗ F  Q=

 M Cu Cu

 

Q=

0,01∗2∗96500 63,54

= 30,37

Q= I ∗t 

Q 30,37  I =   = = 0,1687 Am 180 t 

 

Describa los tipos de recubrimientos

a.   NIQUELADO

El niquelado es un recubrimiento metálico de níquel, realizado mediante baño electrolítico, que se da a los metales metales,, para aumentar su resistencia a resistencia a la oxidación y a la corrosión y corrosión y mejorar su aspecto en elementos ornamentales. [ CITATION Lóp18 \l 3082 ] Hay dos tipos de niquelado: Niquelado mate y Niquelado brillante. El niquelado mate se realiza para dar capas gruesas de níquel sobre hierro hierro,, cobre cobre,, latón y otros metales ( el aluminio es aluminio es un caso aparte) es un baño muy concentrado que permite trabajar con corrientes de 8 - 20 amperios por decímetro cuadrado, con el cual se consiguen gruesos capas de níquel en tiempos razonables. [ CITATION Lóp18 \l 3082 ] Los componentes componentes que se utilizan en el niquel niquelado ado son: Sulfato de níquel níquel,, cloruro de níquel, níquel, ácido bórico y humectante. [ CITATION Lóp18 \l 3082 ] El niquelado brillante se realiza con un baño de composición idéntica al anterior al que se le añade un abrillantador que puede ser sacarina por ejemplo. Para obtener la calidad espejo calidad espejo la  placa base tiene que estar pulida con esa calidad. La temperatura óptima temperatura óptima de trabajo trabajo está  está entre 40 y 50 °C, pero se puede trabajar bien a la temperatura ambiente. ambiente. [ CI CITA TATI TION ON Lóp18 \l 3082 ] En los baños de niquelado se emplea un ánodo de níquel que se va disolviendo conforme se va depositando níquel en el cátodo. Por esto la concentración de sales en el baño en teoría no teoría no debe variar y esos baños pueden estar mucho tiempo tiempo en  en activo sin necesidad de añadirles sales. [ CITATION Lóp18 \l 3082 ] b.   COBRIZADO

 

Tratamiento electrolítico de color cobre brillante, su cometido es aumentar la conductividad el eléc éctr tric icaa en ac acero eros, s, evita evita la de depos posic ició iónn de pr proye oyecc ccio ione ness de soldadura, soldadura, y como base  posteriores recubrimientos, con pequeños espesores (4-10 um.). Aplicable sobre los siguientes materiales: materiales: hierro, acero acero,, zamac. Recomendable para los siguientes campos de aplicación: 1. Armas 2. Construcción Construcción de  de maquinaria 3. Útiles y moldes 4. Decoración 5. Mobiliario [ CITATION Lóp18 \l 3082 ]  

Porque es necesario utilizar corriente corriente continua y no corriente alterna para realizar cualquier experimento en electroquímica o en galvanoplastia

En el procedimiento electroquímico se logra cubrir una pieza con una fina capa de determinado determ inado metal. Para lograrlo se sumerge la pieza a cubrir en una solución solución electrolítica electrolítica que contiene los iones del metal que formará la capa. [ CITATION Góm10 \l 3082 ] La pieza se pondrá en contacto con una fuente de corriente continua y con un electrodo que cumplirá la función de ánodo, cediendo electrones para que los iones metálicos en solución se reduzcan y se depositen sobre la pieza, que cumple la función de cátodo. De esta manera se obtiene el recubrimiento metálico en la pieza. [ CITATION Góm10 \l 3082 ] Recordemos que el ánodo de este sistema estará hecho del metal con que se quiere recubrir  la pieza, para que pueda disolverse, oxidarse, cediendo electrones y aportando iones a la solución, a medida que los iones que estaban presentes en la solución, se reducen y se depositan sobre la pieza a recubrir, que funciona como cátodo en el sistema. Todo este  proceso es posible gracias a la corriente continua que permite la movilización de electrones.[ CITATION Góm10 \l 3082 ]  

Porque es necesario que la superficie a recubrir esté limpia y libre de grasa.

Uno de los factores m s importantes en la protección anticorrosiva de una instalación uti utiliz lizand andoo recu recubri brimie miento ntoss es la correct correctaa lim limpie pieza za o preparac preparación ión de supe superfic rficies ies.. Si la superficie por recubrir está contaminada con aceite, humedad, suciedad, polvo, herrumbre,

 

escamas de laminación o cualesquier otro material suelto, el recubrimiento no podrá adherirse adherir se firmemen firmemente te y su efici eficiencia encia de protecci protección ón será nula. Además Además del efecto sobre la adherencia, algunas impurezas tales como el óxido, la escoria o la suciedad contribuyen a la ruptura de la película por su avidez de humedad ocasionando el ampollamiento y la corrosión del metal bajo película según se muestra en la siguiente figura:

[ CITATION Max17 \l 3082 ]

12. Anexos

RESUMEN La prá práct ctic icaa de “Ele “Elect ctrod rodep eposi osici ción ón de dell Co Cobre bre”” se ll llev evóó a ca cabo bo en el la labo borat ratori orioo de Fisicoquímica y Corrosión, el día miércoles 14 de enero del 2020, la cual se comenzó  preparando una solución de sulfato de cobre 0.1M, además se agregaron gotas de ácido sulfúrico, esta solución debía introducirse en el sistema. El sistema (celda electrolítica) constabaa de un recipien constab recipiente te en el cual debían están colocados dos pilas de carbón, los cuales actuarían como un ánodo y un cátodo. El cátodo y el ánodo decían estar conectados mediante caimanes a una batería. Posteriormente, se limpió una moneda de 5 centavos, y se la llevo a pesar. Luego de esto, la moneda se introdujo en el sistema justo alado de una de las pilas, además, se tomó el tiempo hasta que la moneda tome un color rojizo. Finalmente se retiró la moneda y se observó el cambio que presentó.

 

DESCRIPTORES. Electrodeposición//Cobre//Electroquímica//Celda//Electrolítica