- La galvanoplastia o electrodeposición es un proceso en el que una superficie eléctricamente conductora de un objeto se deposita con un metal. Como su nombre indica, esta deposición se realiza mediante un proceso ayudado por el flujo de corriente eléctrica. Este recubrimiento de metal cubre completamente y de manera uniforme la superficie del objeto con un grosor de alrededor de 3 a 7 micras.
(Un Micron también conocido como Micro Meter es 1/1000 de milímetro o 1/1000,000 de metro).
Para el propósito de electrodeposición en una superficie, necesita cuatro componentes básicos. Todos ellos deben ser capaces de conducir corriente eléctrica. Son :
- El cátodo (un electrodo con carga negativa) ,
- El ánodo ( un electrodo con carga positiva ).
- un electrolito correspondiente (una solución de la sal del metal que se aplicará en la superficie, y
- Una batería con los cables de conexión necesarios. La batería ofrece el potencial necesario para conducir los electrones a través del circuito.
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La serie electroquímica: la serie electroquímica compara el potencial de electrodo de cada elemento. El valor del potencial de electrodo del hidrógeno se toma como cero. Este electrodo de hidrógeno se llama electrodo de hidrógeno estándar (SHE) . Todos los elementos están clasificados en comparación con el potencial de electrodo del hidrógeno. Para tal evaluación del potencial de todos los elementos, se prepara una celda eléctrica completa. Esta celda eléctrica completa consta de dos mitades de celdas. La mitad de la celda es el electrodo de hidrógeno estándar y la otra mitad es un electrodo con el elemento y su electrolito.
La lectura de hidrógeno como cero y el valor del resto de los elementos se preparan en la forma de una tabla que se muestra a continuación.
La serie electroquímica revela qué elemento es un agente oxidante y cuáles son agentes reductores. Según la definición, un elemento es un oxidante si elimina los electrones de otro elemento. Por lo tanto , el flúor, el cloro, el bromo y el yodo, pertenecientes a la familia de los halógenos , pueden tomar los electrones de la mayoría de los metales. Todos están etiquetados como agentes oxidantes, ya que tienden a ganar electrones. En el proceso de ganar electrones, ellos mismos se reducen. Por lo tanto, como corolario, para la definición de oxidación, la aceptación de electrones por un elemento es reducción.
Consideremos ahora una reacción entre un metal llamado hierro (ferroso) e iones de cobre en un electrolito de sulfato de cobre.
Por lo tanto, en la reacción química mencionada anteriormente, el ión de cobre del electrolito de sulfato de cobre elimina dos electrones del hierro. Esta reacción se identifica como una reacción de desplazamiento con iones de cobre que se reducen a cobre metálico al obtener dos electrones del cátodo de hierro. En el proceso, el hierro pierde dos electrones en cobre y se convierte en ion ferroso. El hierro ha desplazado a los iones de cobre en la solución electrolítica. La deposición continua de cobre metálico sobre el cátodo de hierro, aumenta correspondientemente los niveles de concentración de iones ferrosos en el electrolito.
Hay tres posibilidades para la terminación de la reacción.
- La placa de hierro se ha utilizado por completo. La reacción es incompleta ya que quedan algunos iones de cobre en la solución electrolítica.
- El electrolito de cobre se queda sin iones de cobre que hayan sido reemplazados por los iones ferrosos, pero queda algo más de la placa de hierro o ánodo.
- La deposición de cobre ha cubierto completamente la placa de hierro. Esto da como resultado que los iones de cobre frescos enfrenten resistencia para su deposición. Los iones de cobre en el electrolito no pueden ubicar ningún sitio en la placa de hierro o el ánodo para su deposición.
La primera pregunta es cómo se realizó la deposición primero, cuando el Ánodo no estaba presente y tampoco una batería para dar un potencial adicional.
El estudio anterior nos dice claramente que se puede realizar una electrodeposición sin la ayuda de una fuente de energía externa. Como en el cobre y el hierro, el metal de cobre se deposita en una placa de hierro. La deposición de plata sobre cobre u oro sobre cobre u oro sobre plata es espontánea. Sin embargo, en este proceso, la solución electrolítica se contamina con el ion de la placa del cátodo. En el ejemplo visto anteriormente, mientras que la concentración de iones de cobre se reduce en el electrolito, el ion ferroso comenzó a acumularse.
Estudiemos la electrodeposición de cobre sobre hierro como un ejemplo simple usando una celda completa con todos los componentes. Para la celda simple que construimos para el estudio anterior, necesitamos agregar un Ánodo de cobre y agregar la batería en el circuito externo. Tal celda utilizada en galvanoplastia se muestra a continuación.
En los siguientes pasos se explica un ciclo de iones en el electrolito y los electrones de la batería que viaja en el circuito externo. La explicación se da para un átomo de cobre depositado. Sin embargo, debemos recordar que hay varios átomos de cobre del ánodo, los electrones de la batería y los cationes y aniones del electrolito participan. El circuito eléctrico también se muestra en la ilustración.
El proceso y algunas conclusiones:
1) La conversión de iones de cobre del electrolito a cobre metálico en el cátodo de hierro, da como resultado la reducción de iones de cobre en el electrolito.
2) La concentración del sulfato permanece constante.
3) En el ejemplo anterior donde no había Ánodo y una Batería, hubo una acumulación de Iones Ferrosos en los electrolitos a medida que el metal de hierro del cátodo se disolvió para reemplazar el cobre.
4) Ahora con la batería y un ánodo de cobre en el circuito, el resultado es diferente. La pérdida de electrones en el cátodo debido a la conversión de iones de cobre a su estado metálico como depósito deja al cátodo de hierro reducido de sus electrones. Esta escasez de electrones en el cátodo de hierro es reemplazada por la batería que tiene un potencial mayor.
5) La batería luego procede a tomar los electrones del ánodo de cobre. En este proceso, el metal de cobre en el ánodo se convierte en iones de cobre y se disuelve en el electrolito dejando sus dos electrones en el ánodo. Este reemplazo del ion de cobre depositado en el cátodo de hierro del electrolito está completo.
6) El cátodo solo ha ganado el recubrimiento de cobre. El electrolito es neutro ya que obtiene su ion de cobre del ánodo. La batería gana sus dos electrones perdidos por ella en el cátodo.
7) La placa de hierro en el cátodo permanece intacta ya que no era necesario reemplazar los iones de cobre del electrolito.
8) Este es un ciclo completo de un átomo de cobre depositado en una placa de hierro por el método de electrodeposición.
9) Hay varios ciclos de este tipo, antes de que se complete la electrodeposición o electrochapado con el grosor deseado.
Hay varios metales y no metales utilizados como ánodos o cátodos en la galvanoplastia. La fuente externa de corrientes es proporcionada por la batería. Dependiendo del requisito de cada celda, una batería puede proporcionar electrones al cátodo o al ánodo. El voltaje de la celda podría incrementarse usando las baterías en conexiones seriales o paralelas.
Debe entenderse que el voltaje se refiere al potencial eléctrico o la potencia con la que los electrones son conducidos en el circuito de una celda. La cantidad de corriente indica la cantidad de electrones suministrados por ella y determina la cantidad de metal o no metal depositado en los electrodos. Finalmente, recuerde que estamos hablando de galvanoplastia con corriente continua (CC) y no de corriente alterna (CA).
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