UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y TEXTILREA ACADMICA DE INGENIERA QUMICAELECTROQUMICA INDUSTRIALLABORATORIO N 4ELECTRODEPOSICIN DEL BAO DE COBRE ALCALINO CON AGITACION ALUMNOS:- Blas Lpez, Hernn Arturo- Del Aguila Caute, Jesus- Gomez Lizana, Paul- Jaramillo Jaramillo, Cristian Raul Motta Jean Carlos CURSO:PI322/A

PROFESOR:Ing. Villon Ulloa Angel

LIMA PER2015

ELECTRODEPOSICIN DE COBRE EN BAO ALCALINO DE COBRE AGITADO

1) OBJETIVOS Determinar la influencia de la densidad de corriente y el tiempo sobre la eficiencia catdica. Conocer los fenmenos que se presentan durante un proceso electroqumico. Comprobar experimentalmente el efecto de la agitacin sobre la eficiencia en el depsito de soluciones alcalino-cianurados.

Comparar las eficiencias de bao alcalino con y sin agitacin.

2) FUNDAMENTO TERICOBao Alcalino de Cianuro de CobreEl bao 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 ningn otro que no sea toxico.Los recubrimientos en este bao 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 xidos, desengrasan y al mismo tiempo actan como pasivadores del hierro, cinc y aluminio.El principal componente de los baos de cobre alcalino-cianurados es el cianuro de cobre, unido al cianuro sdico, como sal compleja NaCu(CN)2. En las soluciones alcalino-cianuradas, el cobre se encuentra, en su mayor parte, como anin complejo, La disociacin de la sal doble se verifica segn las siguientes ecuaciones:

La constante de disociacin para los iones libres de cobre, que solo aparecen como tales despus de una disociacin en tres etapas, es muy pequea y, por tanto, la concentracin absoluta de los iones muy baja.

El rendimiento electroltico en los baos alcalinos de cobre es notablemente ms pequeo que en los baos cidos. En general con temperaturas bajas asciende solo hasta 40-70%. El rendimiento aumenta reduciendo la presin. Sin embargo, aumentado la concentracin de cianuro de cobre y la temperatura del bao pueden conseguirse rendimientos hasta casi 100%.ESTRUCTURA DE DEPSITOMecanismos:Deposito lento (cristales pequeos / ncleos de cristales)Deposito rpido (crecimiento de cristal).Deposito: deposicin en la superficie del electrodo mediante la reduccin de los iones metlicos.La estructura de depsito puede ser diferente por las condiciones de operacin en la que estamos trabajando como medios alcalinos, medios cidos, y otros factores ms, en cambio la unidad cristalina es independiente de las condiciones en que trabajamos, es por ello que de acuerdo a las caractersticas que se desea obtener podemos tener estructuras de depsitos con diferentes propiedades mecnicas como: maleabilidad, ductilidad, dureza, resistencia a la traccin, etc. Esto depende mucho de las velocidades de deposiciones de los iones metlicos. Existen 3 variables de operacin importantes para manipular la velocidad de depsito: Intensidad de corriente Agitacin temperaturaAgitacin

Por la deposicin del metal en el ctodo y la disolucin de la cantidad correspondiente en el nodo se empobrece el electrolito del metal en las proximidades del ctodo mientras en la superficie del nodo la concentracin de la sal metlica es cada vez mayor. Esta diferencia no puede equilibrarse por la sola difusin y traslacin de los iones. Particularmente cuando se emplean elevadas densidades de corriente, la difusin y traslacin normal son capaces de producir una pelcula uniforme de metal en el ctodo como sera necesario.

Como consecuencia de la gran modificacin de la composicin del electrolito en el ctodo y en el nodo, se presentan nuevas e indeseables fenmenos como por ejemplo una deposicin conjunta de hidrogeno u otros metales. Para conseguir, sin trabajar con grandes densidades de corrientes, una uniformidad en los electrodos es imprescindible la agitacin del electrolito.

3) DATOS Y RESULTADOSDATOS EXPERIMENTALESI (A/dm2)60 s120 s180 s

10,0250,0550,09

1,50,0360,0720,099

20,0380,080,119

2,50,0450,0960,138

TABLA N1 : Masa de Cu electrodepositado experimental ( gramos) para cada densidad de corriente e instante de tiempo

DATOS TEORICOSPara el clculo de la masa de Cu electro depositado terico se utilizara la ley de Faraday.

Masa molar del Cobre = 63,546 g/molPeso equivalente del cobre = 63,546/1 = 63,546

I (A/dm2)60 s120 s180 s

10,03950,07900,1185

1,50,05930,11860,1779

20,07900,15800,2370

2,50,09880,19760,2964

TABLA N2 : Masa de Cu electrodepositada terico ( gramos) para cada densidad de corriente e instante de tiempo

EFICIENCIA CATODICAI (A/dm2)60 s120 s180 s

163,29%69,62%75,95%

1,560,71%60,71%55,65%

248,10%50,63%50,21%

2,545,55%48,58%46,56%

TABLA N3 : Eficiencia catdica expresada en porcentaje para cada densidad de corriente e instante de tiempo

RESULTADOSEXPERIMENTALTEORICO

GRAFICO N1: Comparacin de los valores experimentales y tericos de las masas electrodepositadas de Cu para un tiempo de 60 s.EXPERIMENTALTEORICO

GRAFICO N2: Comparacin de los valores experimentales y tericos de las masas electrodepositadas de Cu para un tiempo de 120 s.GRAFICO N3: Comparacin de los valores experimentales y tericos de las masas electrodepositadas de Cu para un tiempo de 120 s.

GRAFICO N4: Eficiencia catdica vs densidad de corriente60s120s180s

1 A/dm21,5 A/dm22 A/dm22,5 A/dm2

GRAFICO N5: Eficiencia catdica vs tiempo

4) DISCUSION DE RESULTADOS- Si comparamos el GRAFICO N4 (Eficiencia vs Densidad de corriente, medio alcalino agitado) con el GRAFICO N4a (Eficiencia vs Densidad de corriente, medio alcalino no agitado) vemos que las eficiencias catdicas obtenidas con agitacin son menores que las obtenidas sin agitacin, la mxima diferencia obtenida es de 19.67 % para la experimentacin a 1.5 A/dm2 de densidad de corriente y 180 segundos de tiempo, y los siguientes valores altos de esta diferencia se obtienen a 2 A/dm2 de densidad de corriente a los tiempos de 60, 120 y 180 segundos. Esto se debe a que la experimentacin en medio agitado se realiz a una temperatura de aproximadamente 10C menor que la realizada en medio no agitado, pues al trabajar a una temperatura menor, la viscosidad del medio aumenta y factores como la conveccin, difusividad y disociacin de iones en el medio (conductividad) disminuyen, vindose favorecida la polarizacin por concentracin y desfavorecida la eficiencia catdica. Adems, a las densidades de corriente indicadas anteriormente se obtiene mayor cada de la eficiencia por la prdida de masa por arborescencia a densidades de corriente que en el experimento sin agitacin no haba.- La aparicin de arborescencia en las probetas en medio alcalino agitado se da a partir del suministro de 2 A/dm2 de densidad de corriente, as que podemos decir que su densidad de corriente lmite est entre 1.5 y 2 A/dm2, diferente a la correspondiente en medio alcalino no agitado, la cual est entre 2 y 2.5 A/dm2, Esta diferencia de valores se debe a que en medio alcalino agitado se trabaj a temperaturas menores con respecto al no agitado, lo cual favorece la polarizacin por concentracin y desfavorece la difusin inica, haciendo que la velocidad de deposicin sea ms lenta y el tamao de los cristales sea ms pequeo y ms propensos a generar una deposicin arborescente ante el aumento de la densidad de corriente. - Las ralladuras sobre la superficie de la probeta aparentemente no se recubren al tiempo de 60 segundos para las 4 densidades de corriente de trabajo (1, 1.5, 2 y 2.5 A/dm2), pero a los tiempos de 120 y 180 segundos s se aprecia el recubrimiento de esta zonas, adems cuando aparece el depsito arborescente lo hace en los bordes de las probetas, los cuales estn ms cerca de los nodos debido a la inclinacin adquirida por el movimiento de agitacin. Esto se debe a la aparicin del efecto punta en las ralladuras y bordes, pues la densidad de corriente aumenta por la concentracin de los planos equipotenciales en estas zonas, aumentando as su capacidad de reducir ms cantidad de iones y obteniendo un mayor depsito ah. - Los depsitos a corriente de 1 y 1.5 A/dm2 son ms opacos que los obtenidos a 2 y 2.5 A/dm2, esto se debe a que a menores densidades de corriente, la polarizacin por concentracin tambin es menor, lo cual permite una mayor velocidad de depsito y con ella un mayor tamao de cristal depositado, ocasionando una menor compactacin y homogeneidad de la superficie, reflejado en una ausencia de brillo.- Del GRAFICO N4 (Eficiencia vs Densidad de corriente) podemos decir que su tendencia descendiente se debe a que a mayor densidad de corriente se favorece a la generacin de polarizacin lo cual hace que nuestra concentracin de cationes alrededor del ctodo disminuya y los electrones que van llegando a este sean usados para reducir Hidrgeno, lo cual es una asignacin no til de nuestra intensidad de corriente, por lo tanto la eficiencia catdica disminuye.- Una posible explicacin al mecanismo de transporte del hidrgeno en el medio para no ser afectado por la polarizacin por concentracin es que se transporta por reacciones en cadena, como los baos son preparados en agua, las molculas de agua se autoionizan disocindose en iones H+ y OH- lo cuales afectan a la disociacin de las molculas de agua contiguas las cuales por principio de Le Chatelier harn la reaccin inversa (de formacin) y estas a su vez afectaran a sus propias contiguas, las cuales por el mismo principio realizarn la reaccin contraria (esta vez de disociacin) y as seguir continuamente hasta que el hidrgeno logre alcanzar la doble capa y la superficie del electrodo.

5) CONCLUSIONES- La eficiencia catdica en la deposicin con agitacin es menor que en la deposicin sin agitacin, esto debera ser inverso pero la temperatura afecta los procesos aumentando la eficiencia de la deposicin sin agitacin y disminuyendo la eficiencia de la deposicin con agitacin.- La eficiencia catdica encuentra su mayor pico cuando la densidad de corriente es 1A y conforme se aumenta la densidad la eficiencia disminuye siendo hasta un promedio de 50% cuando se utiliza 2.5A como densidad de corriente.- Al tener una densidad de corriente iguala 1A la eficiencia aumenta conforme pasa el tiempo llegando a un mximo de 75% mientras que para las densidades de 1.5A, 2A, 2.5A la eficiencia se mantiene en un promedio de 50% nos conviene realizar la deposicin a 1A y tiempo de 180 segundos .

6) ANEXO

DATOS Y RESULTADOS DE LA DEPOSICIN EN MEDIO ALCALINO

I (A/dm2)60 s120 s180 s

10,0260,0630,101

1,50,0340,0820,134

20,0530,1060,157

2,50,0480,1160,176

TABLA N1a : Masa de Cu electrodepositado experimental ( gramos) para cada densidad de corriente e instante de tiempo Electrodeposicin de Cu en medio alcalino sin agitacin

I (A/dm2)60 s120 s180 s

10,03950,07900,1185

1,50,05930,11860,1779

20,07900,15800,2370

2,50,09880,19760,2964

TABLA N2a : Masa de Cu electrodepositada terico ( gramos) para cada densidad de corriente e instante de tiempo Electrodeposicin de Cu en medio alcalino sin agitacin

I (A/dm2)60 s120 s180 s

165.82%79,75%85,23%

1,557,34%69,14%75,32%

267,09%67,09%66,24%

2,548,58%58,70%59,34%

TABLA N3a : Eficiencia catdica expresada en porcentaje para cada densidad de corriente e instante de tiempo Electrodeposicin de Cu en medio alcalino sin agitacin

GRAFICO N1a: Comparacin de los valores experimentales y tericos de las masas electrodepositadas de Cu para un tiempo de 60 s Electrodeposicin de Cu en medio alcalino sin agitacinEXPERIMENTALTEORICOEXPERIMENTALTEORICOEXPERIMENTALTEORICO

GRAFICO N2a: Comparacin de los valores experimentales y tericos de las masas electrodepositadas de Cu para un tiempo de 120 s Electrodeposicin de Cu en medio alcalino sin agitacinGRAFICO N3a: Comparacin de los valores experimentales y tericos de las masas electrodepositadas de Cu para un tiempo de 120 s Electrodeposicin de Cu en medio alcalino sin agitacinEXPERIMENTALTEORICOTEORICO

GRAFICO N4a: Eficiencia catdica vs densidad de corriente Electrodeposicin de Cu en medio alcalino sin agitacin60s120s180s

GRAFICO N5a: Eficiencia catdica vs tiempo - Electrodeposicin de Cu en medio alcalino sin agitacin1 A/dm21,5 A/dm22 A/dm22,5 A/dm2

BIBLIOGRAFA William Blum y George B. Hogaboom, Galvanotecnia y Galvanoplastia, 3 Edicin, CIA. Editorial Continental, S.A. de C.V., Mxico, P. 70, 84-95,123-124, 1984.