INDICE

Objetivos……………………………………………………………………………………….2

Fundamento teórico………………………………………………………………………2

Cálculos y resultados……………………………………………………………………..4

Discusión de resultados……………………………………………………….…………7

Conclusiones………………………………………………………………………….………7

Pág. 1

RECUBRIMIENTO CON COBRE EN SOLUCION ACIDA

1. OBJETIVOS- Determinar las características distintivas de los recubrimientos de cobre en

este tipo de baño.- Representar las eficiencias catódicas gráficamente, comparando con las

referencias teóricas.

2. FUNDAMENTO TEORICO

COBRE ACIDO

Los dos componentes esenciales son el sulfato de cobre y el ácido sulfúrico. La sal proporciona los iones de metal, y el ácido sirve para reducir la resistencia, disminuir la concentración del ion metálico, aumentar la corrosión del ánodo y evitar la precipitación de sales básicas cuprosas o cúpricas. En los baños de sales cúpricas, principalmente el baño de sulfato de cobre, la eficiencia del cátodo es prácticamente del 100%, los baños cúpricos son más estables que los baños cuprosos, los primeros requieren menos tiempo y atención para su control. Los baños cúpricos no pueden ser usados para galvanizar directamente sobre acero o cinc, porque tienen a depositar cobre por inmersión, de ordinario en una forma no adherente. De aquí que los baños cianurados sean empleados generalmente para depositar al menos una capa inicial de cobre. Composición básica del baño:

a. Composición:

Temperatura ideal del baño 20 a 50°C y densidad de corriente 2 a 10 amp/dm2.La gran pureza del sulfato de cobre no es importante, pues pequeñas cantidades de níquel, cinc o arsénico, prácticamente no tienen efecto en el depósito o las propiedades del cobre en soluciones acidas de sulfato. Debido a que los depósitos de cobre de baños de sulfato acido muestran una marcada tendencia a la formación de arborescencia, se emplean frecuentemente agentes aditivos para

Pág. 2

COMPONENTES COMPOSICIÓN APROXIMADA

Sulfato de cobre 250 g/l

Ácido sulfúrico 75 g/l

baños ácidos de cobre que para ninguno otro. Los más efectivos son las proteínas como la pegadura que es universalmente empleada en la refinación de cobre.Los baños ácidos de cobre se usan principalmente en electrotipia y otras aplicaciones de electroformación, por ejemplo, de matrices fonográficas y para depósitos de cobre relativamente gruesos, en muchos casos sobre una capa inicial de cianuro sobre acero.Las reacciones en el cátodo y ánodo son:

Reacción en el Ánodo:Cu(s) Cu+2

(ac) + 2e-

Aquí podemos tener tres tipos de ánodos, los cátodos electrolíticos, cobre vaciado y cobre rolado. Todos son hechos ordinariamente de cobre electrolítico, es decir, cobre que ha sido refinado por electrolisis y es casi puro. De los tres tipos, el más usado es el de cobre rolado ya que están hechos de cobre rolado o vaciado al espesor y forma deseados. Este proceso reduce el tamaño del grano y promueven una corrosión uniforme.

Reacciones en el Cátodo:

Al ser un baño acido la reducción del hidrogeno casi no se da por lo que no existe una competencia en la reducción, lo que se evidencia con la no presencia de burbujas de dicho gas, por lo que la reacción seria:

Cu+2(ac) + 2e- Cu(s)

Pág. 3

DATOS Y RESULTADOS

CUADRO DE ENTRADA (DATOS)

Tabla n°1: Masas depositadas en el electrodo de Bronce.

CALCULOS

- Según la Ley de Faraday:

mTEORICA=M x I x tF xθ

Dónde: mTEORICA = masa teórica depositada en el cátodo (g) I = intensidad de corriente aplicado (Coulomb/s) t = tiempo de aplicación de la corriente (s) F = Faraday (1F = 96485.33 Coulomb/equiv) M= 63.546 g/mol (Para el Cu)

θ = 2 equiv/mol (Para el Cu)

- Considerando que todas las placas son de 1 dm2 de área total, procedemos a calcular la masa teórica para I = 1.5 A y t = 60 s:

mTEORICA=63.546

gmol

x 1.5Coulomb

sx 60 s

96 485.33Coulomb

¿ x 2 ¿mol

mTEORICA=0.0296 g

Pág. 4

DENSIDAD DE CORRIENTE (A/dm2)

TIEMPO (s)30 60 90

1.0 0.009 g 1.2 V

0.018 g 1.2 V

0.028 g 1.2 V

1.5 0.014 g 1.5 V

0.029 g 1.4 V

0.041 g 1.4 V

1.8 0.017 g 1.7 V

0.035 g 1.8 V

0.051 g 1.6 V

2.2 0.020 g 1.9 V

0.042 g 1.9 V

0.063 g 1.9 V

- Calculando para las demás condiciones, obtenemos la siguiente tabla:

DENSIDAD DE CORRIENTE (A/dm2)

TIEMPO (s)30 60 90

1.0 0.0099 0.0198 0.02961.5 0.0148 0.0296 0.04451.8 0.0178 0.0356 0.05332.2 0.0217 0.0435 0.0652

Tabla n°2: Masas teóricas obtenida por la Ley de Faraday.

- Luego procedemos a calcular la eficiente catódica con la siguiente relación:

Ef CATODICA=mEXPERIMENTALmTEORICA

x100%

- Para las condiciones de I = 1.5 A y t = 60 s:

Ef CATODICA=0.029g0.0296 g

x100%

Ef CATODICA=97.85%

CUADRO DE SALIDA (RESULTADOS)

- Para las demás condiciones obtenemos la siguiente tabla:

DENSIDAD DE CORRIENTE (A/dm2)

TIEMPO (s)30 60 90

1.0 91.10% 91.10% 94.48%1.5 94.48% 97.85% 92.23%1.8 95.60% 98.41% 95.60%2.2 92.02% 96.62% 96.62%

Tabla n°3: Eficiencias Catódicas.

Pág. 5

GRAFICOS

0 30 60 90 12090%

91%

92%

93%

94%

95%

96%

97%

98%

99%

100%

Tiempo (s) vs. Ef. Catodica (%)

I = 1.0 AI = 1.5 AI = 1.8 AI = 2.2 A

Tiempo (s)

Eficie

ncia

Cat

odica

(%)

Grafico n°1

0.7 1.0 1.3 1.6 1.9 2.2 2.588%89%90%91%92%93%94%95%96%97%98%99%

100%

Corriente (A) vs. Ef. Catodica (%)

t = 30 st = 60 st = 90 s

Tiempo (s)

Eficie

ncia

CAt

odica

(%)

Grafico n°2

Pág. 6

DISCUSIÓN DE RESULTADOS:

Mientras transcurre el tiempo generalmente la eficiencia llega a un valor máximo y luego empieza a decrecer, pero la eficiencia no depende del tiempo así que los únicos factores que podrían cambiarlo son la solución electrolítica o el electrodo; en la solución se consumen los iones en el cátodo y son repuestos por el ánodo, manteniendo la concentración casi constante si es que existe la misma velocidad de reducción y velocidad de oxidación, así es que no tendríamos problema con la solución sino con la naturaleza del electrodo, pues a un instante es de bronce (potencial 1) y luego de la deposición el electrodo es de cobre (potencial 2) donde potencial 1 ≠ potencial 2; por tanto las eficiencias serán distintas.

Del gráfico Nº 1 observamos que se obtienen eficiencias muy altas, esto se explica dado que la sal proporciona los iones metálicos y el ácido aumenta la corrosión del ánodo (removiendo solidos que puedan cubrir la superficie del ánodo impidiendo la disolución de Cu a Cu2+) y evita la precipitación de sales básicas cuprosas o cúpricas.

Del cuadro Nº 2 se observa que al aumentar la densidad de corriente aumenta la velocidad de deposición sobre el cátodo, esto comprueba que la corriente que usemos define la velocidad de deposición; la explicación es a mayor densidad de corriente habrá más electrones que viajen del ánodo al cátodo y queden disponibles para ser consumidos, los cationes que se encuentres alrededor del cátodo consumirán estos electrones y no se verán impedidos por la alta conductividad que brindan los iones H+, además la polarización por concentración que se da en el cátodo seria mínima pues existe una alta velocidad de reposición de cationes debido a su alta concentración en la zona catódica.

CONCLUSIONES:

Las máximas eficiencias se encuentran para 1.8 A seguido de 1.5 A y 1.0 A llegando a un valor de 98.41%.

Las más bajas eficiencias se obtiene para 1.0 A llegando incluso a un valor mínimo de 91.10%.

La eficiencia catódica en el baño ácido aumenta al aumentar la densidad de corriente que se le aplica al baño. También es mayor la eficiencia conforme aumenta el tiempo de electrodeposición.

Pág. 7

La eficiencia catódico de la electrodeposición del cobre es mayor en un baño ácido que en un baño cianurado debido a que en una reacción acida el flujo de iones se da a una mayor velocidad y el sistema en un medio acido no opone resistencia.

Se obtendrá una mayor electrodeposición si se tiene una mayor conductividad del baño.

La adición de pequeñas cantidades de sustancias orgánicas (abrillantador) al baño electrolítico le dan valores estéticos al metal electro depositado, pero dichos aditivos no afectan demasiado en el baño.

A un tiempo de t=60 s, se tienen eficiencias más altas (96%, 97%, 98%) que cuando se toma a un t=30 s y un t=90 s que son 91%, 92%, 94%, 95%.

La sal (CuSO4) que se disocia completamente origina el “efecto del ion común”, y esto hace que no se llegue a una eficiencia del 100%.

Pág. 8