Sonoquimica_Electrodeposicion-final 2 1 - Arely Huerta Aguilar

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Sonoquímica y Electrodeposición
Sonoquímica
La sonoquímica es la aplicación de los ultrasonidos en reacciones y procesos químicos. El mecanismo que causa efectos sonoquímicos en líquidos es el fenómeno de la cavitación acústica.
Homogeneizador ultrasónico cosmético 20 khz procesador ultrasónico de sonoquímica
Fundamento de la técnica
Las ondas acústicas, de naturaleza puramente mecánica, no se pueden absorber por las moléculas y se tienen que transformar en una forma químicamente útil a través de un proceso indirecto y complejo denominado cavitación. 
Ondas esféricas
Las ondas esféricas producidas por el movimiento de agitación producen los efectos de contracción de la onda.
Ecuaciones de Navier-Stokes
Por unidad de Volumen U, la variación temporal de la magnitud del volumen de control, Omega.
La anterior es conservación de momento. Done k es el coeficiente de difusividad térmica, Qv es fuente de volumen y fuerzas superficiales el tensor Qs.
Ultrasonido
Usa deformación elástica de materiales ferroeléctricos dentro de campo eléctrico de alta frecuencia, causando mutua atracción de moléculas polarizadas. Se obtiene la conversión a oscilación mecánica y el sonido se transmite a un amplificador, para transmitirse al medio.
Se transforma mediante transductores, siendo los más comunes los líquidos, de magneto rígido y piezoeléctricos, siendo los últimos los más empleados con un 95% de eficiencia en todo el rango ultrasónico.
En un medio líquido, el ciclo de expansión de los ultrasonidos puede generar suficiente presión negativa cómo para romper las fuerzas de cohesión de las moléculas del líquido, separándolas localmente, creando allí una verdadera microcavidad o burbuja. Normalmente, esto tiene lugar en zonas previamente contaminadas de la disolución, donde existan pequeñas partículas, gases disueltos o microburbujas debidas a un proceso de cavitación anterior.
Estas burbujas van creciendo en unos cuántos ciclos, desde una medida inferior al micrómetro hasta unas decenas de micrómetros, atrapando vapores o gases del medio. El crecimiento de la cavidad durante cada expansión es ligeramente más grande que el encogimiento durante la compresión.
En este punto, la cavidad puede crecerá rápidamente durante un ciclo acústico adquiriendo una medida inestable con la que ya no puede absorber energía eficientemente. Sin esta energía la cavidad no se puede mantener y el líquido que la rodea entra violentamente a la cavidad, ocasionando su implosión
Peculiaridades
Esta implosión de la cavidad crea un entorno inusual para reacciones químicas. La rápida compresión de los gases y vapores dentro de la burbuja genera temperaturas y presiones enormes, de hasta 5000 ºC y 1000 atm, respectivamente. 
Dado quelas burbujas son muy pequeñas en comparación con el volumen del líquido que hay alrededor, el calor generado se “disipa” muy rápidamente  (> 1010 ºC × s−1), con lo cual las condiciones ambientales se mantienen esencialmente inalteradas. Esta combinación de altas temperaturas, altas presiones y rápido enfriamiento genera unas condiciones difícilmente alcanzables con otras técnicas en la química.
Además, el rápido colapso también genera ondas de choque que pueden inducir efectos mecánicos. En la interfaz entre sistemas bifásicos el colapso tiene lugar de manera no simétrica, con un chorro de líquido cruzando la cavidad a una velocidad de centenares de m × s−1. Debido al impacto se liberan pequeñas partículas sólidas o líquidas.
En sistemas líquido-líquido se forman emulsiones, generalmente mucho más estables que las formadas convencionalmente. Los sólidos experimentan fragmentaciones y erosiones, que hacen aumentar las áreas activadas. La cavitación también acelera el transporte de masa y disminuye la repasivación por los productos de reacción.
En algunos casos, la cavitación puede inducir una reactividad química específica (switching sonoquímico), pudiendo cambiar la naturaleza de los productos de reacción. En general, la sonicación de disoluciones mejora los procesos de radicales libres, mientras que casi no afecta a los procesos polares. 
En sistemas bifásicos en los cuales las reacciones pueden seguir un mecanismo polar o radicalario, los ultrasonidos favorecen los segundos, a pesar de que el componente mecánico se añade a la activación química. Si sólo es posible un mecanismo polar, el efecto limpio estará limitado a los efectos mecánicos de la cavitación, con mejoras de velocidad y de rendimiento, pero sin switching sonoquímico.
Aplicaciones
Síntesis de compuestos químicos, sonosíntesis, sonocátalisis.
Tratamientos de disoluciones acuosas o suspensiones.
Homogenización.
Emulsificación.
Dispersión.
Pulverización de partículas.
Obtención de biodiesel.
Separación de Hidrógeno.
Producción de radicales libres.
Activación de Metales.
Tratamiento de residuos y aguas residuales.
Mejorar la síntesis de partículas.
Aumentar la velocidad y productividad de producción de la reacción.
Anulación de los catalizadores de transferencia de fase.
Ultrasonicador Industrial
Ultrasonicador digital UIP2000hdT (20kHz, 2000W). Compuesto por un trasductor y un generador ultrasónicos; con sistema de ajuste atomático de la frecuencia; amplitud en el resonador de 25 micras; amplitud regulable del 20 al 100%. Sonotrodo BS4d18, con diámetro de 18 mmm, rosca externa M14x1, longitud aproximada de 125mm.
El UIP2000hdT y sus ventajas
Potente ultrasonicador de 2000 W 
Fiabilidad en procesos de sonicación exigentes funcionamiento 24/7
Estándar industrial Pantalla táctil a color 
Navegación por control remoto 
Registro automático de los datos de potencia, amplitud, tiempo de sonicación, temperatura, presión 
ComboCard SD/USB integrada Sensor de temperatura conectable Sensor de presión conectable (opcional) 
Conexión LAN Conexión Ethernet No requiere instalación de software
Ajuste automático de la frecuencia
Fisherbrand™ Sonicador Q500
Sonicador de alta potencia para varias aplicaciones y volúmenes de muestra. Los sonicadores Fisherbrand™ con sonda son ideales para disrupción celular, dispersión de nanopartículas, homogeneización y preparación de muestras.
Marca:  Fisherbrand™
3770.00€ / cada uno
Detalles adicionales : Peso : 12.30000kg
Descripción
Descripción
500W
Programable de 1 segundo a 10 horas
Protección contra sobrecarga
Control de amplitud del 20 al 100 %
Volumen de procesamiento de 0.2 a 500 ml
	Hertz	Frecuencia de funcionamiento de 20 kHz
	Vataje	500 W
	Peso (métrico)	7 kg
Especificaciones
SONICADOR/ Baño ultrasonido 5.6 L/ 1,5 GAL, 230 V, SERIE CPXH, CON CALENTADOR
Referencia BRANSON, SERIE CPXH, MOD. 3800
Condición: Nuevo producto
Serie CPXH: 90 minutos temporizador DIGITAL con funcionamiento continuo, con calentador de alta y baja potencia
CPX-952-338R
Descripción
Baños de ultrasonidos Bransonic han sido diseñados para el funcionamiento, control, durabilidad y confiabilidad para procesar necesidades en general.
Baños de ultrasonidos Bransonic se utilizan comúnmente en el laboratorio, científico, médico, electrónico, y dental, así como aplicaciones industriales donde la limpieza de precisión es crítica. Los baños Branson también pueden utilizarse para la separación celular, preparación de la muestra y la desgasificación de líquidos.
Todos los modelos cuentan con:
 Panel de control: El panel de fácil acceso se encuentra por encima y detrás del depósito de seguridad y fiabilidad, para evitar derrames en el panel de control, en modelos digitales los botones están detrás.
Cuerpo de plástico, resistente a productos químicos
Tiene cavitación inquebrantable, incluso cuando cambian las condiciones de carga.
En los modelo de 1800 (1,8 L) y 2800 (2,8 L) viene incorporado un drenaje, los demás tienen una válvula de desfogue.
Frecuencia de barrido: 40KHz. transductores industriales
Uso del ultrasonido en las reacciones catalíticas
El US se aplica mucho en las reacciones catalíticas heterogéneas con ka participación de varios catalizadores sólidos, menos metales elementales
o sus aleaciones. De esta manera, el polvo de níqeul se usa en la hidrogenación de los alquenos.
La US produce su reactividad comparable con la de níquel de Raney, donde se produce un decenso inesperado del área de superficie debido a la agregación de partículas. Las colisiones entre las partículas eliminan la capa del óxido de níquel produciendo elevada reactividad.
Los enlaces dobles conjugados pueden ser hidrogenizados selectivamente en la presencia de grupos carbonílicos.
Uso del ultrasonido en la electroquímica
Se usan principalmente para degasear los electrodos durante la electrólisis, agitación de la solución por la vía de cavitación, transporte de iones a tráves de la capa doble hacia superficie del electrodo.
En recubrimiento de cromo la US se usa con electrosíntesis o electroxidación al mismo tiempo. Para el Mo(Cp)2Cl2 y se puede usar para activar. Para los lantánidos en general no se puede usar la electro síntesis sin el US, con ánodo (Nd, Sm, Ln, Pr) se cubren por la capa del producto.
Facilita la electro reducción de selenio y/o telurio hasta sus iones.
Electrodeposición
La electrodeposición es un procedimiento electroquímico mediante el cual se logra cubrir una pieza con una fina capa de determinado metal y a veces un no metal. Para lograrlo se sumerge la pieza a cubrir en una solución electrolítica que contiene los iones del metal que formará la capa.
La pieza se pondrá en contacto con una fuente de corriente continua y con un electrodo que cumplirá la función de ánodo, cediendo electrones para que los iones metálicos en solución  se reduzcan y se depositen sobre la pieza, que cumple la función de cátodo. De esta manera se obtiene el recubrimiento metálico en la pieza.
Recordemos que el ánodo de este sistema estará hecho del metal con que se quiere recubrir la pieza, para que pueda disolverse, oxidarse, cediendo electrones y aportando iones a la solución, a medida que los iones que estaban presentes en la solución, se reducen y se depositan sobre la pieza a recubrir, que funciona como cátodo en el sistema. Todo este proceso es posible gracias  a la corriente continua que  permite la movilización de electrones.
Otro punto a destacar es que las propiedades que tendrá la capa que recubre la pieza, depende directamente de la corriente que se haya aplicado. La adherencia de la capa, su calidad, la velocidad de deposición, dependen del voltaje y de otros factores relacionados con la corriente aplicada.
También hay que tener en cuenta que si el objeto a recubrir tiene una superficie intrincada, la capa formada será más gruesa en algunos puntos y más fina en otros. De todos modos, existen maneras de eludir este inconveniente, por ejemplo, utilizando un ánodo con forma similar a la de la pieza a recubrir.
Aplicaciones
Este procedimiento es utilizado para  brindarle resistencia a la corrosión a una determinada pieza.
Aumente su resistencia a la abrasión.
Mejorar su estética
Una de las aplicaciones frecuentes de este procedimiento, es en la joyería, en donde  una pieza realizada con un material barato, se recubre de una capa de oro o plata, para protegerla de la corrosión y para aumentar el valor de la pieza.
Incluso se logran recubrir piezas plásticas con capas metálicas, logrando que la pieza tenga las propiedades del metal, en su superficie.
La electrodeposición es uno de los procesos electroquímicos aplicado a nivel industrial, que tiene mayor importancia en cuanto a volumen de producción, y es también uno de los que causan mayor impacto económico, ya que se logra que piezas constituidas por material barato, tengas excelentes características de resistencia a la corrosión, gracias a la capa metálica electrodepositada.
RIESGOS
Riesgos por exposición a productos químicos tóxicos o irritantes, como: ácidos, álcalis y otros gases, vapores y polvos. Sobre todo debidos a: las soluciones utilizadas, los solventes usados en los procesos de limpieza, etc.
En el desengrasado es muy frecuente el uso de solventes tipo hidrocarburos clorados con los correspondientes riesgos tóxicos, etc.
Otras veces en el desengrasado electrolítico se usan cubas que contienen cianuro.
En los baños galvánicos, puede haber exposición al ácido crómico y sus sales y a los compuestos de níquel, que causan alergias y lesiones en la piel.
Riesgos de exposición a la corriente eléctrica. Se requieren instalaciones correctas con supervisiones periódicas.
Exposición a polvos metálicos o de óxidos: fundamentalmente en tareas de limpieza mecánica, uso de pulidoras, etc. Con riesgo adicional de explosiones por ejemplo, en caso de polvo de aluminio. 
Deben diseñarse sistemas de succión y evitar las emisiones de polvos (el polvo de aluminio se capta sobre un soporte húmedo).
Ejemplo :Electrodeposición
Durante un proceso de galvanoplastia, se forma un revestimiento metálico en la superficie de objetos como los alambres. Los alambres se sumergen en una solución química que contiene los iones correspondientes del metal de revestimiento. 
 Al aplicar una diferencia de potencial entre los alambres con cátodo con carga negativa y el ánodo de metal con carga positiva, el metal del ánodo se disuelve y, simultáneamente sobre los alambres, el metal se deposita y forma el revestimiento. 
Un revestimiento metálico puede ofrecer mejor resistencia a la corrosión, una mejor conductividad eléctrica, una buena adherencia a otros materiales y un aspecto estético más agradable, entre otras cosas. La electrodeposición se usa mayormente para aplicar revestimientos de cobre, níquel, estaño y zinc.
Leyes de faraday en la electrolisis 
La masa de una sustancia depositada en un electrodo durante la electrolisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad transferida a este electrodo. La cantidad de la electricidad se refiere a la cantidad de carga eléctrica que en general se mide en coulumbs.
Ecuacion de la primera ley de faraday 
1) m = €Q
Donde: 
m= y masa en gramos de la sustancia que se transforma en los electrodos 
€= equivalente electroquímico g/ coulumbs 
Q= CARGA ELECTRICA (A * S) 
Recordando que A*S = coulumb 
2) €= peso equivalente / F
F = es el faradio que equivale a 96 500 coulumbs / g – equivalente 
Peso equivalente = peso equivalente del elemento. 
3 ) Q = I * t 
I = corriente electrica en amperes (A) 
 t = tiempo en segundo s( s) 
Sustituyendo la ecuacion 2 y 3 en la ecuacion 1, se tiene: 
m= (peso eq.) (I) (t) / F 
Segunda ley de faraday 
Las masas de las sustancias que se transforman en los electrodos en la electrolisis de varios electrolitos, son directamente proporcionales a los pesos equivalentes de las sustancias transformadas. Dicha transformacion debe ser causada por el paso de la misma cantidad de electricidad.
 m1 / Peq1 = m2 / Peq2 = m3= Peq 3
Obtencion del faradio 
En la electrolisis del cloruro de sodio , por cada ion de sodio que captura un electrón se forma un átomo de sodio metálico y desaparece de la solución ion – sodio, de tal forma que si el 6.023 E 23 iones se neutralizan en el cátodo, se depositara el mismo numero de átomos en el cátodo, este numero de electrones constituye una cantidad definida y útil de electricidad, se conoce como el faradio (F) y qué equivale a :
Para propósitos prácticos, el faradio (F) se considera con un valor de 96 500 coulombs y se establece como la cantidad de electricidad necesaria para oxidar y reducir un gramo equivalente de cualquier sustancia. 
Galvanizado por inmersión en caliente por Metelmex
PROCESO DE GALVANIZADO
Consiste en la inmersión de los elementos en un baño de metal fundido conformado principalmente por zinc. Debido a que las piezas se sumergen totalmente en el metal liquido se garantiza que la superficie queda completamente recubierta y protegida de los efectos corrosivos del medio ambiente.
NORMAS Y ESTÁNDARES
ASTM A123
Especificación estándar para recubrimientos de zinc (galvanizado por inmersión en caliente) en productos de hierro y acero.
NMX-H-004
Norma mexicana para recubrimientos
de zinc (galvanizado por inmersión en caliente) en productos de hierro y acero.
ISO 1461
Estándar Internacional para recubrimientos de galvanizado por inmersión en caliente en productos de hierro y acero.
ASTM A385
Practica estándar para proveer capas de zinc con alta calidad (inmersión en caliente).
ASTM A780
Practica estándar para la reparación de las zonas dañadas y sin recubrimiento de capas de galvanizado por inmersión en caliente.
Recubrimiento en Oro por Metal Mind
El recubrimiento en oro, es un método utilizado para depositar una capa delgada de oro sobre la superficie de otro metal, mediante procesos químicos o electroquímicos con el fin de proteger a otros metales de la corrosión, logrando un conjunto de propiedades reunidas que no se encuentran en un solo metal.
¿Por qué elegir el recubrimiento en oro?
Es notable por su rareza, densidad y excelente conductividad eléctrica.
Es ampliamente utilizado para la fabricación de elementos de lujos.
Tiene una gran cantidad de usos industriales gracias de sus cualidades físicas y es ideal para recubrimientos que necesitan de la más alta calidad de metales sin ser corrosivos.
Recubrimiento en Plata o Plateado por Metal Mind
Este tipo de recubrimiento se emplea básicamente en la industria eléctrica y electrónica. Adicinalmente, es usado como revestimiento ornamental de los metales puesto que la plata encuentra sus principales aplicaciones electrónicas en la fabricación de circuitos integrados y teclados de computadoras.
Según su pagina oficial, se ofrece un servicio de recubrimiento en plata llevado a cabo bajo altos estándares de calidad y de cuidado al medio ambiente. 
Fosfatado por Ferrepro 
Activación: Consiste en la adición de agentes activadores, previa a la fosfatación, lo cual permite incrementar el número de lugares activos de la superficie del metal, donde se forma el cristal de fosfato.
Fosfatación: Se sumerge la pieza en un baño compuesto, fundamentalmente, por ácido fosfórico, fosfatos primarios de zinc y aditivos acelerantes, a temperatura entre 40 y 60 °C, durante 90-180 segundos. Al realizarse este tratamiento por inmersión, proporciona un recubrimiento más uniforme y una mejor penetración, incluso en zonas de difícil acceso, como huecos y cavidades.
Lavado: Consiste en la eliminación de los restos de ácidos procedentes de la fosfatación. Habitualmente por inmersión y aspersión con agua desmineralizada. La capa así creada es porosa y, gracias a su estructura cristalina, aumenta la superficie de contacto facilitando la adherencia. Es  prácticamente insoluble y eléctricamente aislante por lo que protege frente a la humedad y la corrosión.
Anodizado por Grupo Inalsa
Según su pagina oficial combinan pretratamientos ácidos y básicos, sellados químicos y térmicos, ofreciendo una amplia gama de colores y tratamientos mecánicos innovadores como el microgranallado.
Completamente automatizada la repetitividad del acabado está siempre garantizada con agua osmótica y lector de micras en tiempo real.
Planta de anodizado de 28 cubas
Longitudes de hasta 7 m
Pretratamiento ácido o alcalino
Sellado químico y/o en caliente
Acabados granallado, pulido, gratado…
Certificados de calidad: Qualanod, ISO 9001, ISO 14001
Galvanizado por Tyamsa
Tyamsa se especializa en acabados por medio de galvanizado para proteger los productos del deterioro (corrosión) que sufren los materiales al reaccionar con el medio ambiente que los rodea.
Zincado o galvanizado por inmersión en caliente
Protección anti-corrosiva, no electrolítica, que consiste en sumergir las piezas a recubrir en un baño de Zinc fundido. Este tratamiento ofrece mejor protección a productos expuestos a la interperie.
Norma: ASTM A-153 / A-153 M / F2329
Color: Blanco tenue
Zincado o galvanizado electrolítico
Son los más utilizados como recubrimientos protectores sobre tornillos, pijas, tornillos autorroscantes,tuercas y sujetadores en general por sus magníficas propiedades de resistencia a la corrosión atmosférica. Las ventajas que ofrecen son: superficies uniformes, ausencia de capas quebradizas, espesor deseado, más ductilidad y mejor adherencia.
Norma: ASTM F2329
Color: Blanco azulado.
Tropicalizado
Posterior al tratamiento de zincado electrolítico del producto y para lograr mejores características de resistencia a la corrosión, se introducen las piezas en una solución diluída de cromato de potasio.
Norma: ASTM B 633
Color: Amarillo tornasol.
Cadminizado
Recubrimiento de cadmio para lograr un color agradable y alta resistencia a la corrosión presente principalmente en atmósferas marinas.
Norma: ASTM B 766
Color: Blanco.
Pavonado
El pavonado consiste en la generación de una capa superficial de Magnetita, óxido ferroso-diférrico (Fe3O4), alrededor de las piezas de acero para mejorar su aspecto y evitar su corrosión.
Color: Negro o azulado brillante o mate.
Cromado
El recubrimiento electrolítico con cromo es extensivamente usado en la industria para proteger metales de la corrosión y mejorar su aspecto. También se emplea para restaurar piezas metálicas o conseguir superficies muy duraderas y con bajo coeficiente de rozamiento (cromo duro).
Color: Blanco brillante
XYLAN
El XYLAN es un revestimiento que presenta una alta resistencia a la corrosión. Ofrece una combinación insuperable de reducción del roce y aumento de la lubricación. Formulado principalmente para ser aplicado en la Industria de Pernos y Elementos de Sujeción.
Color: Azul, verde.
Aunque algunos proveedores cuentan con amarillo.
Video de ejemplo 
La celda Hull es un tipo de célula de prueba utilizado para comprobar cualitativamente la condición de un baño galvánico. Se permite la optimización para el rango de densidad de corriente, la optimización de la concentración de aditivo, el reconocimiento de los efectos de la impureza y la indicación de la capacidad de potencia de macro-lanzamiento.
 La celda Hull replica el baño de recubrimiento en una escala de laboratorio. Se llena con una muestra de la solución de metalización, un ánodo apropiado que está conectado a un rectificador. 
Polímeros conjugados (PC) 
La característica común de la mayoría de los PC, es la alternancia de enlaces simples con dobles o triples a lo largo de la cadena polimérica, lo que permite la deslocalización de electrones π a lo largo de la estructura del polímero. Además tienen una baja energía para las transiciones ópticas, bajos potenciales de ionización y una alta afinidad electrónica.
PEDOT: PSS 
PEDOT poli(3,4-etilen dioxitiofeno) que es un polímero altamente transparente y estable que se puede dispersar en agua gracias a la formación de complejos supramoleculares con el poli(estiren sulfonato) (PSS), presenta además una conductividad variable entre semiconductor y conductor dependiendo de la relación PEDOT:PSS. Debido a esto el PEDOT:PSS ha encontrado aplicación en ventanas inteligentes, como capa inyectora de huecos en diodos electroluminiscentes y en celdas solares etc
Celdas OPvs 
Las celdas solares orgánicas son atractivas como dispositivos debido a que los materiales con que se hacen pueden ser solubles en diferentes solventes, depositados sobre substratos flexibles y manufacturados por técnicas sencillas y económicas.
Fields metal 
El metal de Field, o aleación de Field (nombrado así en honor a Simon Quellen Field), es una aleación fusible que se convierte en líquido a los 62 ºC. Se trata de una aleacióneutéctica de bismuto, indio y estaño, con la siguiente composición en peso: 32.5% Bi, 51% In, 16.5% Sn, en sus usos se pueden encontrar fabricar puertas o portones etc.
Bibliografía 
https://www.hielscher.com/es/sonochemistry-application-notes.htm
https://www.ecured.cu/Electrodeposici%C3%B3n
https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/electrodeposicion
https://cideteq.repositorioinstitucional.mx/jspui/bitstream/1021/291/1/Electrodeposici%C3%B3n%20y%20caracterizaci%C3%B3n%20derecubrimientos%20de%20Ni-P.pdf