UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE INGENIERÍA DE MATERILAES TEMA N° 03: PRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICIÓN, POTENCIAL DE CELDA, DENSIDAD DE CORRIENTE, LEY DE FARADAY, EFICIENCIA DE CORRIENTE, ESPESOR DE RECUBRIMIENTO. CURSO: TECNOLOGÍA DE LOS RECUBRIMIENTOS DOCENTE: Ing. Dionicio Otiniano Méndez [email protected] 22 – 07 - 2020 1 VARIABLES DE CELDA ELECTROLÍTICA 1) VARIABLES ELÉCTRICAS 2) VARIABLES DE ELECTROLITO 3) VARIABLES DE ELECTRODOS 4) VARIABLES EXTERNAS VARIABLES ELÉCTRICAS EN UNA CELDA ELECTROLÍTICA: Las unidades están basadas en fenómenos físicos fundamentales, según el Sistema Internacional de Unidades (S.I.). 1. INTENSIDAD DE CORRIENTE ELÉCTRICA MAGNITUD FÍSICA FUNDAMENTAL Intensidad de corriente eléctrica UNIDAD SIMBOLO Amperio A Cantidad de electrones (cargas eléctricas) que pasan por una área transversal de conductor metálico en cada unidad de tiempo o cantidad de iones (cargas eléctricas) que pasan por una área transversal de conductor líquido en cada unidad de tiempo. VARIABLES ELÉCTRICAS EN UNA CELDA ELECTROLÍTICA: 2. Resistencia eléctrica MAGNITUDES FÍSICAS DERIVADAS UNIDAD SIMBOLO Resistencia Eléctrica Ohmio Ω Es la oposición al paso o flujo de electrones o iones en un conductor eléctrico metálico o electrolito. VARIABLES ELÉCTRICAS EN UNA CELDA ELECTROLÍTICA: 3. Voltaje eléctrico MAGNITUD UNIDAD SIMBOLO Voltaje Voltio V El voltaje o tensión eléctrica es la fuerza necesaria para empujar a los electrones o iones a través de un conductor eléctrico (metálico o líquido), desde un punto de mayor potencial a otro punto de menor potencial. VARIABLES ELÉCTRICAS EN UNA CELDA ELECTROLÍTICA: 4. Potencia eléctrica MAGNITUD UNIDAD SIMBOLO Potencia Eléctrica watt W (J/s) Es la cantidad de energía que suministra o consume un dispositivo electrónico por unidad de tiempo o es la velocidad a la que se consume la energía. Ley de watt VARIABLES ELÉCTRICAS EN UNA CELDA ELECTROLÍTICA: VARIABLES DE ELECTROLITO: 1. Solución de sales neutras 2. Solución ácida 3. Solución alcalina o básica Tabla comparativa de las diferentes definiciones de ácido y base. CARACTERISTICAS ACIDOS BASES 1. ARRHENIUS Libera H+ Libera OH- 2. BRONSTED & LOWRY DONA H+ ACEPTA H+ SI SI AGRIO AMARGO CAUSA PICAZÓN JABONOSO, RESBALADIZO ROJO AZUL SIN COLOR FUCSIA NEUTRALIZA BASES NEUTRALIZA ACIDOS ELECTROLITOS SABOR SENSACIÓN TORNASOL (PAPEL PH) FENOLFTALEINA NEUTRALIZACIÓN, Tabla comparativa de las diferentes definiciones de ácido y base. CARACTERISTICAS ACIDOS BASES ARRHENIUS Libera H+ Libera OH- BRONSTED & LOWRY DONA H+ ACEPTA H+ SI SI AGRIO AMARGO CAUSA PICAZÓN JABONOSO, RESBALADIZO ROJO AZUL SIN COLOR FUCSIA NEUTRALIZA BASES NEUTRALIZA ACIDOS ELECTROLITOS SABOR SENSACIÓN TORNASOL (PAPEL PH) FENOLFTALEINA NEUTRALIZACIÓN, Electrolito: Sustancia que en solución acuosa esta disociada en iones y conduce la electricidad. ELECTROLITO FUERTE ▪ Se disocian al 100%. ▪ Buen conductor de la electricidad ▪ La reacción de ionización ocurre en un solo sentido(irreversible). ▪ No poseen Ka ni Kb. ▪ Ej: base fuerte KOH → K+ + OH▪ Ej. acido fuerte HNO3 → H++ NO3 10 ELECTROLITO DÉBIL ▪ Se disocian en un pequeño %. ▪ Conduce poco la electricidad. ▪ Su reacción de ionización es reversible ▪ Poseen Ka si son ácidos ó Kb si son bases. ▪ Ej: acido débil (Ácido benzoico) C6H5COOH ⇄ H+ + C6H5 COOKa = 6.5 x 10 -5 ▪ Ej: base débil NH3 + H2O ⇄ NH4+ + OHKb = 1.8 x 10 -5 ÁCIDOS FUERTES HCl Ácido Clorhídrico HBr Ácido Bromhídrico HI Ácido Yodhídrico H2SO4 Ácido sulfúrico HNO3 Ácido Nítrico BASES FUERTES NaOH KOH 11 Hidróxido de Sodio Hidróxido de Potasio ÁCIDOS DÉBILES HCOOH Ka= 2.1x10 -4 Ácido Fórmico HF Ácido Ka = 7.2 x 10 Fluorhídrico 4 HCN Ka= 4.9 x 10 -10 Acido cianhídrico CH3CHOHCOOH Ka = 1.4 x 10 -4 Ácido láctico BASE DÉBIL C6H5NH2. Kb: 4.0 x 10-10 NH3. Kb = 1.8 x 10-5 Anilina Amoniaco 12 ELECTROLITO Visualización de electrolitos, a través de introducir un aparato en el cual se enciende una bombilla al conducir la electricidad. FUERTES 13 DEBILES NO ELECTROLITO Sustancias que en solución ó fundidos ( en caso de sólidos) o en estado líquido ( en caso de líquidos,. Ej: alcohol, gasolina ) NO conducen la electricidad. ( En éste caso no se enciende la bombilla), Ej : Aceite Alcohol Gasolina Azúcar azúcar azúcar 14 azúcar azúcar VARIABLES DE ELECTRODO: 1. Electrodos inertes 2. Electrodos solubles VARIABLES EXTERNAS: 1. Temperatura 2. Presión 3. Tiempo PRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICIÓN: 1. DENSIDAD DE CORRIENTE i (A/cm2) = I / Área transversal 2. LEY DE FARADAY m (g) = I.t.PA / n.F PRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICIÓN: 3. EFICIENCIA DE CORRIENTE Eficiencia Catódica (Efc)= (m (real) / m (teórica)).100 4. ESPESOR DE RECUBRIMIENTO. Espesor (e) = m (real) / Área (recubrimiento). metal recub. CÁLCULOS SOBRE RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS EJEMPLO Nº 01: PARA UN PROCESO DE COBREADO EECTROLITICO SE PIDE LO SIGUIENTE: a) ¿Cuántos gramos de Cu se depositará sobre una arandela de Fe, si la celda electrolítica trabaja durante 10 minutos a 2 amperios?. b) ¿Cuál será la eficiencia catódica, si al pesar la arandela se registró un peso real depositado de 0.3023 g? c) ¿Calcular el espesor en micrómetros del Cu depositado, si el área de la arandela es de 0.15 dm2? d) ¿Cuál será el amperaje que debemos controlar, si la literatura técnica recomienda que se debe operar a 2 A/dm2? 18 CÁLCULOS SOBRE RECUBRIMIENTOS ELECTROLÍTICOS EJEMPLO Nº 02: Si se tiene CaCl2 fundido en una celda electrolítica y la corriente que fluye es de 452 mA, durante 1.5 horas. ¿qué cantidad de productos se formaran en el ánodo y en el cátodo?. EJEMPLO Nº 03: Diseñe un proceso para electro-depositar una capa de cobre de 0.05 cm de espesor sobre la superficie de un cátodo de 1x1cm. 19 TAREA 4: hacer un resumen de las variables y factores que influyen y controlan los depósitos electrolíticos: aditivos, agitación, temperatura, concentración de sales, ácidos y bases. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS: 1. Blum W. Galvanotecnia y Galvanoplastia. Editorial Mc Graw Hill. México. 1997. 2. Freddy P. Tratamientos Electrolíticos de Superficies. 1ra ed. Editorial Mundoop S. A. Lima-Perú. 1996.
