391516414-ELECTRICIDAD-Y-MAGNETISMO

Vista previa del material en texto

Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Estudios Superiores
Plantel Aragón
INGENIERIA INDUSTRIAL
CLASE “ELECRTRICIDAD Y MAGNETSIMO”
TRABAJO
TEMA: ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
GRUPO:8510
NOMBRE DEL PROFESOR: RODOLFO ZARAGOZA BUCHAIN
NOMBRE DEL ALUMNO: CORTES HERNANDEZ RICARDO 
FECHA DE ENTREGA: NOVIEMBRE DEL 2022
 	PRÁCTICA No. 9	
“ELECTRODEPOSICIÓN”
I. OBJETIVO GENERAL: Aplicar las leyes de Faraday al fenómeno de electrodeposición y observar el mecanismo de electrodeposición del cobrizado de una pieza metálica.
Objetivos (competencia): Esta competencia pretende desarrollar el pensamiento científico en los alumnos, a través de la observación, la experimentación, comparación de resultados, el análisis y la argumentación, promoviendo el uso de las habilidades necesarias para llevar acabo la aplicación de los conocimientos, adquiridos teórica y experimentalmente, en situaciones reales.
Metas de aprendizaje
· Electrodeposición
· Electrodos y cuba electrolítica
· Electrogalvanización
· Leyes de Faraday
II. MATERIAL Y EQUIPO
	Cantidad
	Material
	1
	Fuente de energía de CD
	1
	Multímetro en función amperímetro
	1
	Electrodo de cobre Cu (ánodo)
	1
	Placa metálica (cátodo)
	1
	Cuba electrolítica (vaso de precipitados de 600 mL)
	1
	Preparado del electrolito: 120 g CuSO2, 500 mL de agua destilada y 9 mL de ácido sulfúrico.
	1
	Balanza granataría
 (
66
)
III. INTRODUCCIÓN TEÓRICA
La electrodeposición es la acción y el efecto de revestir una superficie con una capa fina de metal aplicada por electrólisis, logrando espesores de 0.001 a 0.1 mm sobre otros metales o sobre plásticos. Los depósitos pueden ser de Cu, Ni, Au, etc.
La electrodeposición se divide en dos:
· Galvanostegia. Depósito de una metálica sobre un metal, también se conoce como electrometalizado.
· Galvanoplastia. Depósito de una capa metálica sobre un material no metálico, como se utiliza en clichés de imprenta, matrices de discos, espejos parabólicos, se conoce también como electroformado.
Uno de los objetivos de la electrodepositación es el de protección, otro puede ser el de decoración. Este proceso se basa en las Leyes de Faraday.
1era Ley de Faraday
La masa de un elemento depositada en cualquiera de los electrodos durante la electrolisis es directamente proporcional a la cantidad de carga Q que pasa a través del electrolito. La cantidad de carga que se transfiere por supuesto depende de la magnitud de la corriente I y de su duración t, ecuación 4.
Q = I t	Ec. (4)
2da Ley de Faraday
La masa depositada durante la electrólisis es directamente proporcional a la masa atómica M del material depositante.
3era Ley de Faraday
La masa depositada durante la electrólisis es inversamente proporcional a la valencia del material depositante.
Las tres leyes establecidas pueden combinarse en una sola relación si se introduce la constante de Faraday F, como se presenta en la ecuación 5.
m = Q M/ (F Z)	Ec. (5)
 (
70
)
donde:
m= masa depositada, kg
Q= número total de coulomb transferidos. M= masa atómica, kg
Z= No. de oxidación
La constante de Faraday ha sido determinada experimentalmente como, F = 9 65 x107 C/k mol. Para llevar a cabo la electrodeposición es importante considerar la celda electrolítica, el recipiente donde se llevará a cabo la electrólisis. Los recipientes para la electrólisis pueden construirse de diversos materiales, entre otros: acero, concreto, porcelana, vidrio, material refractario, etc. La selección del recipiente dependerá del electrolito, las condiciones de operación, el volumen del material que será sometido a electrólisis; los recipientes de electrólisis deben ser instalados de manera tal que se eviten fugas de corriente.
Por otra parte, el material donde se depositará una delgada capa de Cu, Ni, Cr, Ag, Au, o de algún metal en particular, también se debe limpiar casi a la perfección. Normalmente las sustancias se eliminan por diferentes métodos como son:
a) Mecánico: se puede utilizar los cepillos de alambre, esmeriles, alambre comprimido, lijas y aire comprimido con arena.
b) Químico: ácidos para eliminar óxidos, alcalisis para eliminar grasas y ácido fluorhídrico para eliminar Silicio.
c) Electrolítico: solución electrolítica de H2SO4 al 60% para eliminar óxidos por reducción, de NaOH al 40% para eliminar grasas por saponificación. Se coloca en el cátodo el objeto por limpiar y en el ánodo el material inerte.
d) Ultrasonido: para limpiar piezas pequeñas, es muy útil aplicar ultrasonido, se colocan las piezas en un recipiente con líquido de lavado y se aplican vibraciones de más de 30000 Hertz.
Condiciones de operación: una vez realizada una buena limpieza al material sobre el cual se va a llevar el depósito, se lleva al recipiente donde se encuentra la solución o baño electrolítico, con el circuito eléctrico ya instalado.
En la mayoría de los depósitos se requiere de una investigación previa, en cuanto a distancia de electrodos, la concentración iónica del electrolito, el tiempo de exposición, la diferencia de potencial empleada, la densidad de corriente y también el espesor del metal depositado.
Separación electrolítica de metales
El proceso de la electrólisis tiene otra aplicación importante como es la separación de algunos metales que se encuentran mezclados entre sí, cuando existe una diferencia de potencial adecuada, diversos metales pueden separarse entre sí para ser recuperados. De esta manera se separa el cobre de la plata, el cobre del cadmio, el cadmio del zinc, etc.
En una solución que contiene todos los metales mencionados, el procedimiento consiste en ajustar el potencial electrolítico primero en el punto más elevado que el requerido para depositar la plata, y luego la corriente decae hasta un valor más bajo en cuanto aquella que se haya depositado totalmente. Entonces se remueve el cátodo, se inserta uno nuevo, se ajusta de nuevo el potencial a un valor intermedio entre el cobre y cadmio, y se inicia de nuevo la electrólisis.
Disociación Electrolítica
Aunque una gran cantidad de sustancias son solubles en agua solo las que contienen disuelto un electrolito (ácido, base o sales), conducen la corriente eléctrica. Estas sustancias una vez disueltas se disocian en mayor o menor amplitud, en partículas cargadas eléctricamente llamadas iones, las cuales pueden consistir en átomos o en grupos de átomos. En general, cuando un átomo se cambia a un ion cargado negativamente, entonces adquiere uno o más electrones adicionales, en tanto que cuando un ion se carga positivamente, ha perdido uno o más electrones.
Cuando una corriente pasa a través de una solución, las partículas cargadas son transportadas por la corriente y se descargan en los electrodos. Las partículas de carga negativa o aniones se dirigen hacia el polo o electrodo positivo llamado ánodo y las partículas cargadas positivamente o cationes son transportadas hacia el polo negativo o cátodo. Al entrar en contacto los iones con los electrodos, sus cargas se neutralizan eléctricamente.
IV. DESARROLLO EXPERIMENTAL
EXPERIENCIA. DEMOSTRACIÓN DE LAS LEYES DE FARADAY
1. Lijar las placas metálicas hasta que queden perfectamente limpias.
2. Pesar cada una de las placas e identificarlas como placas 1,2, ..., etc.
3. Con la placa No. 1 armar el circuito de acuerdo al diagrama de la Fig. 1.
Fig. 1 Esquema de una celda electrolítica
4. Encender la fuente durante 60 s y registrar la lectura de corriente en la Tabla 1 (transcurrido dicho tiempo apagar la fuente).
5. Sacar la placa del electrolito y medir el área cubierta por el cobre.
6. Con los valores de I y A obtenidos, calcular:
a. Los gramos de cobre depositados en la placa metálica aplicando la 2da Ley de Faraday.
b. El espesor del cobre electrodepositado
7. Pesar la placa cubierta por el cobre y por diferencia calcular los gramos de cobre electrodepositado.
8. Repetir el procedimiento anterior para las placas metálicas 2, 3, 4 y 5 para 120, 180, 240 y 300 s, respectivamente.
9. Anotar los resultados en la Tabla 1.
Tabla 1. Resultados obtenidos delas placas de electrodepositación
	No. placa
	t, s
	I, Ampere
	m, g
	A, m2
	e, mm
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
	
PROCEDIMIENTO PARA CÁLCULOS
De la 1ra ley de Faraday, se tiene la ecuación 4 que Q=I*t, donde Q: carga en Coulomb, I: corriente en Amperes y t: tiempo de electrodeposición
Los gramos de Cu electrodepositado se calculan con la ecuación 6.
g=K *I* t	Ec. (6)
Considerando el peso atómico del Cu = 63.54 gr se tiene la ecuación 7.
g=P*A / (Z * F)	Ec. (7)
Sustituyendo la ecuación (6) en (7) resulta la ecuación 8.
g= PA I t / (Z P)	Ec. (8)
donde: Z = No. de oxidación del Cu +2.
F= constante de Faraday (1F =96 500 Coulombs)
El espesor de Cu electrodepositado, se puede determinar considerando la ecuación 9.
= g / V	Ec. (9)
Despejando el V de la ecuación anterior V=g/, se calcula el espesor por medio de la ecuación 10.
e= V / A	Ec. (10)
donde: ρ = densidad del Cu, 8.92 gr/cm3
V= volumen de Cu electrodepositado e= espesor de Cu electrodepositado
A= área de Cu electrodepositado
Cuestionario
Instrucciones: Subraya completamente la respuesta correcta
	1. La electrodeposición se basa en las leyes de:
	a) Ampere
	b) Kirchhoff
	c) Faraday
	d) Coulomb
	2. La acción y efecto de revestir una superficie metálica con otro metal por electrolisis se conoce como:
	a) Galvanostegia
	b) Galvanoplastia
	c) Electrometalizado
	d) Galvanizado
	3. La acción y efecto de revestir una superficie no metálica con un metal por electrólisis se llama:
	a) electrometalizado
	b) galvanoplastia
	c) galvanostegia
	d) galvanizado
	4. La masa depositada durante la electrólisis en inversamente proporcional del material depositante, corresponde a la:
	a) 1era Ley de Faraday
	b) 2da Ley de Faraday
	c) 3era Ley de Faraday
	d) 1era Ley de Joule