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Chapado de cobre Objetivo  

Observar como la electrolisis transforma la energía eléctrica en energía química. Observar la técnica de cobreado llevando a cabo algún ejemplo de recubrimiento metálico.

Introducción Queremos provocar el cobreado de un material metálico

Materiales

Productos 

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Vaso de precipitados. Probeta. Fuente de alimentación. Dos cables con pinza de cocodrilo.

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Electrodo de grafito (presente en los lapiceros o en el interior de cualquier pila cilíndrica ya gastada) o un metal (alambre o trozo de cobre). Objeto de metal para electrochapar (vieja llave de latón, trozo de cinc, anillo barato, alambre) Sulfato de cobre.

Realización práctica

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1.- Preparamos una disolución de sulfato de cobre (20 g de CuSO4 en 100 cc de agua). 2.- Montamos un circuito abierto constituido por la fuente de alimentación y dos conexiones, una a cada polo. 3.- Unimos el cable del polo negativo de la pila a la llave (cátodo). 4.- Después conectamos trozo de cobre o un electrodo de grafito al polo positivo de la pila (ánodo). 5.- Sumergiremos la llave y el otro electrodo en la disolución de sulfato cúprico, sin que haya contacto entre ellos. 6.- Al cabo de unos minutos observamos como el objeto empieza a coger una capa de cobre (color rosáceo-cobrizo).

Cobreado de un trozo de alambre

Precauciones 

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El manejo de productos químicos es peligroso. Hay que tomar las medidas de protección y seguridad adecuadas: uso de guantes, gafas protectoras, ... Para conseguir un color uniforme es necesario que el proceso sea muy lento, es decir, hay que trabajar con una intensidad eléctrica muy baja. De no ser así el cobre no se deposita en finas capas, se adhiere mal y experimenta, además, un proceso de oxidación que lo ennegrece. En cualquier caso, si se desea “limpiar” la llave, basta con repetir el proceso cambiando la polaridad de las conexiones a la pila.

Explicación científica

Ha tenido lugar la electrolisis de la disolución. La corriente eléctrica pasa a través de la disolución de sulfato de cobre, los iones cobre cargados positivamente se mueven hacia el cátodo (electrodo negativo), donde pierden su carga y se convierten en átomos de cobre. Por otra parte, en el ánodo (electrodo positivo) se desprenden burbujas de oxígeno. El cobre liberado es quien da ese color a la llave y la disolución de sulfato de cobre (II) pierde su color.

Curiosidades y otras cosas  

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En 1807, el químico inglés Humphry Davy descubrió el potasio al hacer una electrolisis de potasa molida (carbonato de potasio). El electrorefino, utilización de la electrolisis para liberar a un metal de sus impurezas, pude producir un cobre con una pureza de hasta el 99,99 %. También se utiliza para obtener el aluminio de su mena. La galvanoplastia es el recubrimiento de objetos con una delgada capa de metal con propiedades más útiles, por electrolisis. Así, se realizan cromados, niquelados, plateados, dorados, etc sin más que introducir los objetos en las disoluciones de sales de los metales indicados. La carrocería y el bastidor de un automóvil pueden galvanizarse, es decir, recibir una capa de cinc para protegerlos de la oxidación.

Bibliografía  

Electrodeposición de Cu. Cobreiamento.

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PROCESO DE COBREADO.

El Cobre es un metal con gran capacidad anticorrosiva y antioxidante . Es demandado tanto para fines industriales como decorativos , y es que tiene multitud de funciones dependiendo del uso al que vaya dirigido . En el sector industrial este Recubrimiento puede ser solicitado , en ocasiones como acabado , por ser un gran conductor en piezas que después deban ir soldadas . Pero su principal aplicación es como base para un posterior baño de Níquel ó Cromo en piezas que requieran una mayor protección y resistencia.

En el sector Decorativo tiene función de acabado en la mayoría de los casos . Aplicando una laca transparente después del recubrimiento , cuya misión es únicamente la de proteger el brillo conseguido en el tratamiento , se puede dar juego a muchas ideas en este sector .

También es la base ideal para envejecidos y acabados que quieran aparentar cierta antigüedad . Dejando a un lado su bonito color , no hay que olvidar su principal característica , que es la de proteger frente a la corrosión y oxidación . Por ello , este baño es utilizado en todas las Restauraciones que llevamos a cabo . Una buena base de cobre duplex antes de aplicar el Níquel y el cromo es garantía de durabilidad en el tiempo . Y si es factible pulir este cobre antes de continuar con el proceso de Restauración , el resultado es inmejorable .

En nuestras instalaciones contamos con baños de Cobre Alcalino y Cobre Acido . Cada uno tiene su función y dependiendo de las características de la pieza puede convenir uno más que otro , pero la

combinación de los dos , si es posible , garantiza de manera total un recubrimiento fiable y duradero .

El único metal que no admite una deposición directa de Cobre es el Aluminio . A todos los demás metales se les puede aplicar sin problemas .

En los baños de Cobre Acido , los principales componentes son los Anodos de cobre y las Sales ( Sulfatos y Cloruros ) . El resto son Abrillantantes , Nivelantes y una parte de Acido Sulfúrico . En los de Cobre Alcalino , a parte de la misma base de Anodos y Sales , el principal componente es el Cianuro .

Las dimensiones de los baños de cobre son de 2000 x 700 x 1100 mm. , tanto en ácido como en alcalino . También sus mantenimientos se hacen de manera interna ajustando abrillantantes y demás elementos diarios , dejando para el análisis mensual el ajuste de sales . Las purificaciones de estos baños ,al igual que en el Níquel , se hacen periódicamente para no dar lugar a contaminaciones metálicas que impidan su buen funcionamiento . Cada baño de Cobre dispone de su Hoja de Control con su numeración independiente dónde poder reflejar todas las actuaciones llevadas a cabo en ellos .

OBJETIVOS:

Obtener un recubrimiento electrolítico de cobre.

FUNDAMENTOS:

El tratamiento de superficies en la industria óptica en general, es muy importante, tanto si la superficie considerada es una superficie óptica propiamente dicha como si de lo que se trata es del recubrimiento de superficies metálicas por ejemplo en el caso de monturas para gafas. En la presente práctica nos referiremos al tratamiento de superficies metálicas de materiales que se emplean para soportes. El hierro se recubre de otros metales para evitar la corrosión y aprovechar sus propiedades físicas con fin de obtener materiales interesantes tambien desde el punto de vista del adorno y la ornamentación. Se recubre de Sn para obtener la hojalata, de Zn para el hierro galvanizado, de cobre para posteriormente obtener chapados: de oro (u otros metales preciosos: platino, rodio, rutenio o paladio), de niquel, de cromo, etc. En casi todos las casos anteriores de obtención de un chapado con un metal noble, ha de haber un paso previo que es el cobreado del hierro. Si introducimos hierro metálico en una disolución ácida de cobre(II) se deposita Cu(0) en la superficie del hierro debido a los potenciales redox de los pares Cu(II)/Cu(0) + 0,337 y Fe(II)/ Fe(0) - 0,440 analogamente ocurre, para otros metales por ejemplo el Zn: Zn(II)/Zn(0) 0,763. La oxidación correspondiente de los metales a recubrir por este proceso de inmersión se ve dificultada en estas circunstancias por la formación de la capa de cobre metálico sobre el cinc o el hierro. La deposición puede hacerse tambien electroliticamente empleando el hierro (o el metal a recubrir en general) como cátodo en una celda de electrolisis; como ánodo Cu metálico y como electrolito una disolución de sulfato de cobre en medio sulfúrico. El procedimiento que se conoce como galvanizado o galvanostegia es generalizable a otra sales como por ejemplo para el cromado o el niquelado. La obtención de plaqueados por este método de galvanostegia que sean pulimentables estables y brillantes requiere una serie de procedimientos previos para el hierro que se resumen en: desengrasado, decapado de las superficies a cobrear. Así mismo la electrolisis ha de hacerse en presencia de niveladores y abrillantadores.

MATERIAL:

Ver montaje Chapa de hierro (para electrodo). Hierro galvanizado. Celda de electrolisis. Amperímetro y voltímetro. Disoluciones: ácido clorhídrico 4%, Sulfato de cobre 7,5 g/L.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Cobreado de Zn y Fe por inmersión. 1) Tomese la pieza de hierro galvanizado (un clavo de los empleados en carpintería de unos 10 cm es conveniente) límpiese con acetona u otro desengrasante y una vez seco sumergase en la disolución (diluida) de sulfato de cobre durante unos 15 s. Elimine por simple frotado con papel de filtro el cobre depositado excepto una banda de 1 cm. 2) La pieza anterior se sumerge en su longitud -excepto la banda citada - en HCl 4%. Inmediatamente se produce la disolución del Zn metálico lo que se observa por el desprendimiento de burbujas que cesa al cabo de mas o menos 2 min.; el hierro en estas circunstancias no es atacado. 3) Para obtener recubrimientos de distinto espesor. Introducir durante 15 s el clavo en la disolución de cobre excepto la banda ya cobreada. Retirar lavar con agua destilada y secar. Volver a introducir 15 s. Lavar y secar. De nuevo cobrear, esta vez durante por ejemplo 1 min. Cuando las superficies estén secas observarlas al microscopio.

Cobreado de hierro por elelctrolisis.

1) Prepara la superficie del electrodo de hierro lijando ligeramaente la superficie a cobrear. Pulir la superficie. Poner en la disolución de HCl 4 % (decapado) durante unos 15 min., para eliminar restos de óxidos. Retirar lavar con agua destilada. 2) Montar la celda de electrolisis para medir la intensidad de trabajo y poder variar el potencial entre 0 - 4 V. Poner el hierro en el cátodo y un electrodo de cobre en el ánodo. 3) Electrolizar durante 1 o 2 minutos observando ocasionales variaciones en el potencial inicial fijado. 4) Etiquetar el electrodo con las condiciones de trabajo. Ver ejemplos de cobreado

ANÁLISIS DE RESULTADOS:

a) Comentar el aspecto de las distintas capas obtenidas por inmersión. b) Explicar los procesos de oxidación y reducción implicados en el cobreado. c) Calcular la densidad de corriente empleada así como la resistencia del baño electrolítico. d) Al día siguiente se puede pulir el electrodo frotándolo suavemente con papel de filtro.