ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL

ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL

CODEPOSICION DE COBRE Y ZINC EN UN BAO ALCALINO

1. OBJETIVOS

Calcular la eficiencia catdica para la codeposicin a diferentes densidades de corriente a travs del tiempo manteniendo la temperatura constante del electrolito. Representar grficamente la variacin de la eficiencia catdica vs los parmetros densidad de corriente y tiempo de deposicin.

2. FUNDAMENTO TEORICOComposicin del bao: Todo el galvanizado de latn se hace de baos de cianuro que contienen cobre y cinc como cianuros dobles. El cobre est presente como cuprocianuro de sodio, Na2Cu(CN)3 y el cinc como Na2Zn(CN)4. Como con los baos de cinc, si el lcali libre est presente algo de cinc puede presentarse como cincato de sodio, Na2ZnO2, pero no hay manera de definir las concentraciones de estos dos compuestos de cinc. El cianuro libre es considerado como exceso de contenido de cianuro de los cianuros dobles.Formulacin del bao:CompuestoFormula QumicaNormalidad (N)g/L

Cianuro cuprosoCuCN0.2522.5

Cianuro de cincZn(CN)20.2515

Cianuro de sodioNaCN0.945

En la formulacin anterior el contenido de cobre es 0.25N, es decir 0.25*64 = 16g/L. El contenido de cinc es tambin 0.25N, es decir 0.25*65/2 = 8.1 g/L. La proporcin de peso de Cu/Zn en el bao es de 16/8.1 = aproximadamente 2, o 66% de cobre y 34% de cinc.Adems de los compuestos esenciales de cobre, cinc y cianuro libre, los baos de latn siempre contienen carbonato, formado por la descomposicin del cianuro y adems amoniaco, formado por hidrolisis del cianuro. 2NaCN + CO2 + H2O Na2CO3 + 2HCN2NaCN + 2H2O + 2NaOH 2Na2CO3 + 2NH3Frecuentemente se agregan al bao pequeas cantidades de amoniaco para controlar su operacin. El amoniaco probablemente cambia la composicin del complejo de los compuestos de cobre y cinc.Reacciones de Complejacin:CuCN+ 2NaCN Na2Cu(CN)3Zn(CN)2 + 2NaCN Na2Zn(CN)4Cu+ +NH3 CuNH3+ K1=105.9CuNH3 Cu+ + NH3 K2=7.10-7CuNH3+ + NH3 Cu(NH3)2+ K1= 104.9Cu(NH3)2+ CuNH3+ + NH3 K2= 1.4.10-11Cu(CN)32- Cu+ + 3CN- K1=5.10-28Zn2+ + 4NH3 Zn(NH3)42+ K1=2.94.109Zn(NH3)42+ Zn2+ + 4NH3 K2= 3.4.10-10Zn(CN)42- Zn2+ + 4CN- K3=1.10-18

EQUILIBRIO DE POTENCIALES

Es obvio que si los potenciales estndar de los metales, como del cobre +0.34 volts y para el zinc -0.76 volts, es mucho ms fcil depositar cobre que zinc, y que es muy improbable que se electrodepositen los dos simultneamente. Pero afortunadamente la formacin de sales complejas e iones de cualquier metal siempre resulta e disminucin de la actividad ion-metal, y esto hace desde el punto de vista del depsito de la aleacin, el cambio relativo en la actividad del ion por la formacin de complejos de un tipo determinado es diferente del ordinario para los dos metales. El acomplejamiento con cianuros hace que el potencial esttico se vuelva ms negativo con respecto a su potencial estndar; lo que hace que los potenciales se acerquen y halla una mayor probabilidad de que los metales se reduzcan simultneamente.

FACTORES DEL GALVANIZADO DE LATN:

1. Composicin del bao: Adicin de hidrxido de sodio o amoniaco: Disminuye el contenido de Cu, en el caso del amoniaco produce depsitos de color ms uniformes. pH: Los baos de latn se encuentra entre 11 y 13, aqu la adicin de hidrxido de sodio aumenta la basicidad y adems para disminuirla se podra adicionar bicarbonato de sodio. La proporcin de Cu/Zn: Es entendible que el cobre es ms nobel que el zinc (debido a sus potenciales) por lo que una mayor concentracin del primero aumenta su concentracin en el bao, por lo que se controla con la adicin de acomplejantes.

2. Temperatura: Las temperatura elevadas, alrededor de 50C perjudican el bao ya que aumenta el grado de descomposicin del cianuro, adems su efecto sobre la deposicin es el aumento en la deposicin de Cu.

3. Densidad de corriente: El aumento de la densidad de corriente, por lo general disminuye el contenido de Cu en el depsito, para este tipo de depsito se recomienda trabajar con densidades bajas, ya que se acenta la polarizacin por concentracin debido al elevado acomplejamiento de la solucin, las eficiencias no son mayores al 75% en este tipo de bao.

4. Comportamiento del nodo: Para que sea satisfactoria el deposito es preferible utilizar nodos de latn con una composicin aproximada del 70% de Cu y 30% de Zn, ya que si se utilizaran nodos de Cu y de Zn sera ms complejo debido a que no se podra saber el proceso de deposicin de cada uno en el ctodo y la oxidacin no se podra controlar para que no haiga una descompensacin o exceso de cationes en el bao. Las caractersticas de los nodos depende del tipo de bao que se utiliza y de las condiciones de operacin, por ejemplo si se trabaja a un pH demasiado bajos se podra formar una pelcula blanca de cianuro de cinc.

5. Aditivos: Estos compuestos pueden sirven para producir brillo en la superficie, es decir afectan las caractersticas del bao y ayuda al acomplejamiento de los metales y produce los mismos defectos que las otras sustancias formadoras de complejos.

TIPOS DE BAOS DE LATN:

1. Para el depsito en plstico:CompuestoFormula QumicaNormalidad (N)

Cianuro cuprosoCuCN0.13

Cianuro de cincZn(CN)20.19

Cianuro de sodioNaCN0.9

Las proporciones en la solucin de Cu/Zn es de 3/1, densidad de corriente optima 0.5 amp/dm2

2. Latn amarillo, decorativo:CompuestoFormula QumicaNormalidad (N)

Cianuro cuprosoCuCN0.13

Cianuro de cincZn(CN)20.19

Cianuro de sodioNaCN0.9

Las proporciones en la solucin de Cu/Zn es de 4/1, densidad de corriente optima 0.5 amp/dm2.

REACCIONES EN EL NODO Y CTODO:

Reaccin andica:

Reaccin catdica:El latn se oxida en sus componentes (Cu y Zn) en proporciones iguales al del bao.

Antes de la deposicin de cobre debe descomponerse el complejo de cobre con amnico.Adems

3. DATOS Y RESULTADOSCUADRO DE ENTRADA (DATOS)MASAS EXPERIMENTALES (g)

DENSIDAD DE CORRIENTE (A/dm2)TIEMPO (s)

60120180240

1.00.009g0.016g0.032g0.056g

1.50.01g0.02g0.033g0.05g

20.009g0.028g0.043g0.059g

2.50.015g0.033g0.079g0.085g

Tabla N1: Masas experimentales depositadas en el ctodo.CALCULOS Segn la Ley de Faraday, considerando que el 70% de la intensidad de corriente se emple en la reduccin de Cobre y 30% en la reduccin de Zinc:

Dnde: mTEORICA = masa terica depositada en el ctodo (g) I = intensidad de corriente aplicado (Coulomb/s) t = tiempo de aplicacin de la corriente (s) F = constante de Faraday (1F = 96485.33 Coulomb/equiv) = 63.54 g/mol = 65.39 g/mol = 1 equiv/mol = 2 equiv/mol

Considerando que todas las placas son de 1 dm2 de rea total, procedemos a calcular la masa terica para I = 1.5 A y t = 90 s:

Calculando para las dems condiciones, obtenemos la siguiente tabla: Tabla N2: Masas tericas obtenidas por la Ley de Faraday. Luego procedemos a calcular la eficiente catdica con la siguiente relacin:

Para las condiciones de I = 1 A y t = 60 s:

CUADRO DE SALIDA (RESULTADOS)

Para las dems condiciones obtenemos la siguiente tabla: EFICIENCIAS

DENSIDAD DE CORRIENTE (A/dm2)TIEMPO (s)

60120180240

1.026.706%23.739%31.652%41.543%

1.519.782%19.782%21.761%24.728%

2.013.353%20.772%21.266%21.884%

2.517.804%19.585%31.256%25.223%

Tabla N3: Eficiencias Catdicas.

GRAFICOS

Grafico N1: Eficiencia (%) vs. Intensidad de corriente(A).

Grafico N2: Eficiencia (%) vs. Tiempo (s).

Grafico N3. Masa ideal vs tiempo

Grafico N4. Masa electrodepositada real vs tiempo

4. DISCUSIN DE RESULTADOS

De la grfica tiempo vs eficiencia catdica, a una densidad de corriente se mantuvo constante la eficiencia debido a que en ese voltaje es donde se despreciaba el efecto de la resistencia que existe dentro del medio. De la grfica tiempo vs eficiencia catdica, a una mayor densidad de corriente se observa que la eficiencia va en disminuyendo debido a que al aumentar la densidad de corriente se aumenta el fenmeno de polarizacin por concentracin. Una de las razones de que la eficiencia sea baja es porque aumenta la acomplejacion inica, disminuyendo as principalmente la velocidad de reduccin del elemento ms noble, dando como consecuencia que ambas velocidades se aproximen pudiendo darse por este emparejamiento la deposicin. Otra de las razones por la que la eficiencia es baja es porque la corriente no es utilizada en su totalidad para reducir los metales, sino es utilizada parcialmente en reacciones parasitas como la reduccin del agua y la reduccin del hidrogeno, la cual se puede evitar poniendo el hidrogeno en sobrepotencial. Existe mayor presencia de cobre en la electrodeposicin debido a que el potencial de equilibrio del cobre se acerca ms al potencial del electrodo, mientras que el potencial de equilibrio del cinc se aleja del potencial del electrodo, haciendo mas fcil la electrodeposicin del cobre y dificultando la del cinc.

Existen oscilaciones en las curvas de eficiencia porque cambia la naturaleza del electrodo (superficie de la placa) cambiando el potencial del electrodo.

5. CONCLUSIONES

El revestimiento de Latn es posible porque al formarse cianuros dobles, el potencial de cobre se reduce ms rpidamente que zinc, igualndose finalmente las dos. Del grafico Tiempo (s) vs. Ef. Catodica (%) podemos concluir que a la densidad de corriente de 1 A/dm2 (la menor densidad de corriente) obtenemos la mxima eficiencia catdica 41.543%. El fenmeno de acomplejamiento de los dos iones metalicos es responsable de que la eficiencia disminuya, ya que genera despoblamiento en el catodo y por lo tanto polarizacin. La corriente tambin se utiliza para que se realicen las reacciones parasitas como la reduccin de hidrogeno, esto se resuelve poniendo al hidrogeno en sobrepotencial. El potencial de cobre es ms cercano al potencial del electrodo, por lo que se ve mayor deposicin de cobre sobre la superficie del catodo. A medida que aumentamos la corriente presencia de cobre va disminuyendo, se puede verificar haciendo un anlisis quimico a la superficie.

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