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T. RECUBR (Clase 3-2020)

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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
dionicioo@hotmail.com
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
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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
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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
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ELECTROLITO
Visualización de electrolitos, a través de introducir un aparato en
el cual se enciende una bombilla al conducir la electricidad.
FUERTES
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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
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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?
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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.
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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.
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