UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

ÁREA ACADÉMICA DE INGENIERÍA QUÍMICA

ELECTROQUÍMICA INDUSTRIAL

LABORATORIO N° 5

CODEPOSICION DE LA ALEACION LATON

ALUMNOS:

- Blas López, Hernán Arturo

- Del Aguila Caute, Jesus

- Gomez Lizana, Paul

- Jaramillo Jaramillo, Cristian Raul

CURSO:

PI322/A

PROFESOR:

Ing. Villon Ulloa, Angel

LIMA – PERÚ

2015

CODEPOSICION DE LA ALEACION LATON1. OBJETIVOS

Evaluar la eficiencia en la deposición. Verificar los factores más importantes en su desarrollo.

2. FUNDAMENTO TEORICO.

ALEACIONES: Son mezclas homogéneas de 2 o más elementos de los cuales al menos un elemento es un metal, se realizan con el fin de obtener materiales con propiedades diferentes, las cuales no presentan los metales independientemente.

LATON: El latón es una aleación de cobre y zinc cuyo porcentaje de ambos elementos varía para crear una diversidad de latones con propiedades diferentes.

latones de primer título, con porcentaje de Zn inferior a 33% Latones de segundo título, con porcentaje de Zn de 33 a 49% Latones de tercer título con porcentajes de Zn superior a 49% sin apenas

aplicaciones industriales. Latón rojo: Latón con alto contenido de cobre Latón Zinc: Latón con alto contenido de Zinc.

El depósito de latón es usado en la industria para dos objetos principales.

Es comúnmente aplicado a cinc, acero y objetos de hierro vaciado para darles la apariencia de latón. Para este propósito el color de depósito de latón es de primera importancia y su composición y otras propiedades no tienen importancia. Debido a que se forman capas muy delgadas se aplica laca sobre el recubrimiento de latón aumenta su duración.

La otra aplicación es para facilitar la adhesión de hule al acero, probablemente combinándose con el sulfuro o compuesto de azufre en el hule. Para este uso la

composición del depósito de latón es medianamente precisa y , de ordinario se mantiene entre 25 y 33 %

CODEPOSICION: Formación de depósitos metálicos de diferentes metales sobre un cátodo sumergido en un baño que contiene sales disueltas de estos metales.

FACTORES DETERMINANTES DE LA CODEPOSICION.

Equilibrio de potencial: Es un factor que tiene que ver con las series electromotrices, ya que si ambos metales difieren mucho de sus potenciales de reducción, uno tendrá una mayor tendencia a depositarse y el otro no. De preferencia se desea que ambos metales tengan un potencial estándar cercano para que se depositen a la vez y eso se logra acomplejando los iones para que su potencial sea parecido.

Polarización del cátodo: El equilibrio de potencial solo sirve de referencia, ya que en el transcurso del proceso, la polarización varia los potenciales de los metales, a mayor pendiente mayor polarización.

El depósito potencial de la aleación resultante: Los depósitos pueden adoptar diferentes formas que pueden relacionarse entre sí o comportarse de manera independiente pudiendo ser:

Mezclas Soluciones solidas Compuestos intermetálicos.

Concentración de cada metal: Las concentraciones de los metales es un factor muy importante ya que me dan una referencia de que metal será el que se deposite en mayor proporción en el cátodo, sin embargo la proporción de deposición en el cátodo no es la misma del baño.

Sobrevoltaje de hidrogeno: Al igual que los baños electrolíticos de un solo metal el sobrepotencial disminuye la eficiencia del cátodo para depositar los metales, el sobrepotencial en una aleación es diferente al de cualquiera de los dos metales. La situación es más complicada por el efecto del acabado ya que la superficie del cátodo tiende a modificar el sobrevoltaje.

BAÑOS TIPICOS ELECTROLITICOS DE ALEACION PARA EL LATONADO.

Todo el galvanizado de latón se hace de baños de cianuro que contienen cobre y cinc como cianuros dobles, también carbonato y algunas veces cáusticos libre. Se asume que el cobre está presente como cuprocianuro de sodio, Na2Cu(CN)3 y el cinc como NaZnO2, pero no hay manera de definir las concentraciones de estos dos compuestos de cinc. El cianuro libre es de ordinario definido como exceso de contenido de cianuro de los cianuros dobles.

La formulación del baño será:

Cianuro cuproso…. CuCN 22,5 g/Lt

Cianuro de cinc…… Zn(CN)2 15 g/Lt

Cianuro de sodio……. NaCN 45 g/Lt

Las sales que se forman serán: Na2Cu(CN)3 y Na2Zn(CN)4

Na2Zn (CN )4 (s )+H 2O→2Na(ac )+¿ +Zn (CN )4 (ac )

2−¿¿ ¿

Zn (CN )4 (ac )2−¿+H 2O↔Zn(ac)

2 +¿+4CN (ac)−¿¿¿

¿

Na2Cu(CN )3→Na+¿+Cu(CN )3−¿¿¿

Cu(CN )3−¿↔Cu+¿+CN−¿ ¿¿¿

DATOS Y RESULTADOS

DATOS EXPERIMENTALES

I (A/dm2) 60 s 120 s 180 s

1 0.005 0.013 0.022

1,5 0.004 0.015 0.027

2 0.009 0.022 0.035

2,5 0.011 0.024 0.038

TABLA N°1 : Masa de aleación electrodepositado experimental ( gramos) para cada densidad de corriente e instante de tiempo

DATOS TEORICOS

Utilizamos la Ley de Faraday y considerando que el 70% de la intensidad de corriente se empleó en la reducción de Cobre y 30% en la reducción de Zinc:

mTEORICA=I x tFx (0.7 x MCu

θCu+0.3 x

M Zn

θZn )

Dónde: mTEORICA = masa teórica depositada en el cátodo (g)

I = intensidad de corriente aplicado (Coulomb/s) t = tiempo de aplicación de la corriente (s) F = constante de Faraday (1F = 96485.33 Coulomb/equiv)MCu= 63.54 g/mol M Zn= 65.39 g/mol θCu = 1 equiv/mol θZn =2 equiv/mol

I (A/dm2) 60 s 120 s 180 s

1 0.0338 0.0676 0.1014

1,5 0.0506 0.1012 0.1518

2 0.0675 0.1350 0.2025

2,5 0.0843 0.1686 0.2529

TABLA N°2 : Masa de aleación electrodepositada teórico ( gramos) para cada densidad de corriente e instante de tiempo

EFICIENCIA CATODICA

I (A/dm2) 60 s 120 s 180 s

1 14.79% 19.23% 21.69%

1,5 7.91% 14.82% 17.79%

2 13.33% 16.29% 17.28%

2,5 13.05% 14.23% 15.03%

TABLA N°3 : Eficiencia catódica expresada en porcentaje para cada densidad de corriente e instante de tiempo

RESULTADOS

EXPERIMENTAL

TEORICO

GRAFICO N°1: Comparación de los valores experimentales y teóricos de las masas electrodepositadas de aleación para un tiempo de 60 s.

GRAFICO N°2: Comparación de los valores experimentales y teóricos de las masas electrodepositadas de aleación para un tiempo de 120 s.

0.5 1 1.5 2 2.5 30

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.0338

0.0506

0.0675

0.0843

0.005 0.0040.009 0.011

MASA ELECTRODEPOSITADA VS DENSIDAD DE CORRIENTE

(60s)

Densidad de corriente (A/dm2)

Mas

a de

Cu

elec

trod

epos

itada

(g)

0.5 1 1.5 2 2.5 30

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

0.0676

0.1012

0.135

0.1686

0.013 0.015 0.022 0.024

MASA ELECTRODEPOSITADA VS DENSIDAD DE CORRIENTE

(120s)

Densidad de corriente (A/dm2)

Mas

a de

Cu

elec

trod

epos

itada

(g)

EXPERIMENTAL

TEORICO

EXPERIMENTAL

TEORICO

GRAFICO N°3: Comparación de los valores experimentales y teóricos de las masas electrodepositadas de Cu para un tiempo de 120 s.

GRAFICO N°4: Eficiencia catódica vs densidad de corriente

0.5 1 1.5 2 2.5 30

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.1014

0.1518

0.2025

0.2529

0.022 0.027 0.035 0.038

MASA ELECTRODEPOSITADA VS DENSIDAD DE CORRIENTE

(180s)

Densidad de corriente (A/dm2)

Mas

a de

Cu

elec

trod

epos

itada

(g)

1 1.5 2 2.50.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

25.00%

EFICIENCIA CATODICA VS DENSIDAD DE CORRIENTE

Densidad de corriente (A/dm2)

Eficie

ncia

Cat

odica

(%)

180s120s60s

GRAFICO N°5: Eficiencia catódica vs tiempo

4) DISCUSION DE RESULTADOS

-Las probetas después de cada suministro de densidad de corriente evidenciaban un color rojo más intenso que antes de dicho suministro, esto nos indica que hay una mayor presencia de Cu en el depósito que de Zn, por lo que podemos decir que si bien el uso de un baño complejo busca lograr un equilibrio químico, asemejando lo potenciales del Cu y Zn (comúnmente a un potencial negativo), no cambia el hecho que el potencial del Cu sigue siendo menos negativo que el de Zn, por lo que es más sencilla su deposición.

- Si comparamos nuestras observaciones experimentales con los posibles gráficos de Densidad de corriente vs Potencial*, podemos decir que la gráfica que mejor representaría nuestra codeposición sería la siguiente:

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 1900.00%

5.00%

10.00%

15.00%

20.00%

25.00%

EFICIENCIA CATODICA VS TIEMPO

Tiempo (s)

Eficie

ncia

Cat

odica

(%)

Ya que para las densidades de corriente aplicadas de 0.5 y 1.0 A/dm2 el Cu depositado es mayor que el Zn (predominación del color rojizo en las probetas), pero a la vez es menor que el Cu depositado a 1.5 y 2.0 A/dm2 (mayor intensidad del color rojo en las probetas), es decir el Cu depositado se va haciendo mucho mayor que el Zn depositado con el aumento de la densidad de corriente, lo cual concuerda para la segunda parte de la gráfica (después del punto de intersección).

- El Hidrógeno en un medio alcalino (pH>7) como el nuestro adquiere un sobrepotencial bajo comparado con el alto sobrepotencial que adquiriría en un medio ácido, por lo que es más fácil que el hidrógeno se reduzca en vez de los metales, lo cuales han adquirido un potencial de equilibrio negativo por el acomplejamiento con el medio, el cual es cercano al del hidrógeno, haciendo así que la eficiencia catódica obtenida sea menor.

- Además de ser el Cu el metal más noble, en el baño se encuentra mayor proporción Cu/Zn (70% Cu y 30% Zn), por lo que no se esperaba otro resultado que su predominancia en la codeposición y así resultó.

CONCLUSIONES:

La eficiencia se mantiene en promedio constante cuando se mantiene tiempos constante de co- deposición y hacemos variar la densidad eléctrica , sin embargo para densidades eléctricas constantes la eficiencia aumenta a el tiempo de co-deposición teniendo así un 21% de eficiencia para 1 A y 180s este es el punto óptimo para el trabajo.

El hidrogeno en medio alcalino se reduce con mayor facilidad que los metales entonces esto afecta a la eficiencia la cual es muy baja.

BIBLIOGRAFÍA

- William Blum y George B. Hogaboom, Galvanotecnia y Galvanoplastia, 3° Edición, CIA. Editorial Continental, S.A. de C.V., México, P. 462-482, 1984.