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• Natalia Carranza

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y TEXTIL

“LABORATORIO DE ELECTROQUÍMICA INDUSTRIAL PI322” Electrodeposición de zinc en baño alcalino GRUPO N° 01 INTEGRANTES:

Alzamora Palacios, Franklin Castillo Cisneros, Dante Huayllapuma Vilcanqui, Milagros Veramendi Zavala, Mario

DOCENTES:

Ing. Villon Ulloa Angel

LIMA – PERÚ 2018

ÍNDICE GENERAL

Índice general ......................................................................................................... 2 Índice de tablas ...................................................................................................... 2 Índice de ilustraciones ........................................................................................... 2 Objetivos ................................................................................................................. 3 Fundamento teórico ............................................................................................... 3 Datos ....................................................................................................................... 5 Tratamiento de datos .............................................. Error! Bookmark not defined. Discusión de resultados ........................................................................................ 8 Conclusiones.......................................................................................................... 8

Índice de tablas Tabla 1 Datos de la masa de Zn depositada debido a una corriente durante un tiempo ..................................................................................................................................... 5 Tabla 2 Eficiencia determinada para cada corriente en su respectivo tiempo .......... 6

Índice de ilustraciones Ilustración 1: Masas depositadas para diferentes densidades de corriente, en intervalos de tiempo……………………………………………………………………………………………………………………………………6 Ilustración 2: Masas depositadas para diferentes tiempos, para cada densidad de corriente………………………………………………………………………………………………………………………………….7 Ilustración 3: Eficiencias para diferentes densidades de corriente, para cada intervalo de tiempo………………………………………………………………………………………………………………………………………7

ELECTRODEPOSICIÓN DE ZINC EN BAÑO ALCALINO

Objetivos  Determinar la eficiencia del recubrimiento de zinc en un baño alcalino en función del tiempo y la intensidad de corriente.  Interpretar y analizar las anomalías de una electrodeposición de Zn en un baño alcalino.

Fundamento teórico

La electrodeposición es un proceso donde se obtiene un recubrimiento, cuyo principal objetivo es evitar la oxidación y la corrosión, que puedan ocasionar sobre el material que se realizara el depósito. En el proceso de electrodeposición la parte que va a ser recubierta constituye el cátodo de una celda electrolítica. Se aplica una corriente continua por medio de una fuente de alimentación, tanto a la parte que va a ser recubierta como al otro electrodo. La fuente de alimentación actúa como una bomba de electrones, arrancándolos del ánodo y empujándolos al interior del cátodo. Para que se mantenga la electro neutralidad, debe ocurrir un proceso donde se genere electrones en el cátodo. El cátodo tendrá lugar a la reducción de un ion al aceptar los electrones desde el ánodo. Los cationes se dirigirán al polo negativo mediante el efecto de polarización del electrodo, mejorando la potencia del depósito debido a un incremento de la conductividad. ¿Por qué el baño debe ser cianurado? El cianuro acompleja al zinc formando equilibrios con constantes de equilibrios muy bajas, lo que conduce a que el ion Zn liberado se encuentre en poca concentración en la solución y por lo tanto se reducirá más lentamente al haber poca cantidad de iones, es decir que la velocidad de deposición disminuye lo cual se prefiere para obtener una deposición más ordenada de los iones Zn en la placa. Al mismo tiempo esta deposición lenta debido a que hay pocos iones Zn reducible en la solución y que el tamaño, la forma y el peso hacen más lento su desplazamiento generando una polarización por concentración traduciéndose en una menor eficiencia catódica. Eficiencia del proceso electrolítico La electrolisis son reacciones químicas producidas en los electrodos debido a la influencia de un flujo de electrones sobre los mismos y el medio electrolítico; según la ley de Faraday, un Faraday (1F) puede depositar como máximo en el electrodo un peso equivalente del elemento en gramos; este caso se cumple a una eficiencia del 100%, pero esto no se cumple debido a que hay perdidas de la corriente debido a la solución electrolítica.

La eficiencia del proceso también se debe influenciada debido a la hidrolisis del agua, esta se reconoce por la presencia de burbujas en el cátodo siendo este el hidrogeno. Eficiencia Catódica La eficiencia catódica puede ser determinada pesando la placa de deposición antes y después de la electrolisis, para determinar la cantidad de masa depositada, posteriormente se compara este valor con la masa teórica de Faraday siendo esta el 100%. Codeposición de hidrogeno En una electrolisis se puede generar la electrolisis del agua produciendo hidrogeno en el cátodo como así también se deposita el metal de trabajo. Este hecho se debe a que en el baño se encuentra menos metal de lo que requiere el depósito; según la ley de Faraday se necesita un equivalente gramo del metal por unidad de Faraday, entonces observando un despoblamiento de iones del metal a depositar la corriente excedida electroliza al agua produciendo simultáneamente hidrogeno gaseoso, provocando ineficiencia sobre el sistema. Por tal motivo no combine aumentar la corriente de trabajo ya que no solo se producirá mayor cantidad de masa electro depositada sino que también se podría producir hidrogeno gaseoso por exceso de electricidad y baja concentración del metal de trabajo. Difusión del hidrogeno en un metal Al reducirse el hidrogeno sobre el cátodo, este se puede formar burbujas sobre la superficie del electrodo para posteriormente desprenderse hacia la superficie del medio electrolítico; pero este camino no es el único que pueden tomar las moléculas de hidrogeno, estas también pueden ser adsorbidas por el metal electro depositado, convirtiéndose en hidrogeno adsorbido.

Los átomos de hidrogeno se acumulan en los espacios libres de la red cristalina, así que mediante una acumulación progresiva de hidrogeno se podría producir una fractura de la superficie metálica.

Datos

1.0

1.5

2.0

2.5

30 seg

60 seg

90 seg

120 seg

3.90 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.695 20.696 4.38 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.352 20.355 5.11 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.835 20.836 5.73 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.465 20.469

3.85 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.696 20.702 4.38 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.355 20.365 4.99 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.836 20.846 5.79 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.469 20.478

3.79 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.702 20.715 4.37 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.365 20.379 4.99 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.846 20.861 5.76 V Masa Masa inicial (g) final (g) 20.478 20.496

3.76 Masa Masa final inicial (g) (g) 20.715 20.727 4.44 V Masa Masa final inicial (g) (g) 20.379 20.397 5.06 V Masa Masa final inicial (g) (g) 20.861 20.878 5.74 V Masa Masa final inicial (g) (g) 20.496 20.517

Tabla 1: Datos de la masa de Zn depositada debido a una corriente durante un tiempo.

Tratamiento de datos

1.0

1.5

2.0

2.5

30 seg

60 seg

90 seg

Masa Masa depositada teorica 0.001 0.010 Eficiencia 10 Masa Masa depositada teorica 0.003 0.015 Eficiencia 20 Masa Masa depositada teorica 0.001 0.020 Eficiencia 5 Masa Masa depositada teorica 0.004 0.025 Eficiencia 16

Masa Masa depositada teorica 0.006 0.020 Eficiencia 30 Masa Masa depositada teorica 0.010 0.030 Eficiencia 33.3 Masa Masa depositada teorica 0.010 0.041 Eficiencia 24.4 Masa Masa depositada teorica 0.009 0.051 Eficiencia 17.6

Masa Masa depositada teorica 0.013 0.030 Eficiencia 43.3 Masa Masa depositada teórica 0.014 0.046 Eficiencia 30.4 Masa Masa depositada teorica 0.015 0.061 Eficiencia 24.6 Masa Masa depositada teorica 0.018 0.076 Eficiencia 23.7

120 seg Masa Masa depositada teorica 0.012 0.041 Eficiencia 29.3 Masa Masa depositada teorica 0.018 0.061 Eficiencia 29.5 Masa Masa depositada teorica 0.017 0.081 Eficiencia 20.9 Masa Masa depositada teorica 0.021 0.102 Eficiencia 20.6

Tabla 2: Eficiencia determinada para cada corriente en su respectivo tiempo

Ilustración 1: Masas depositadas para diferentes densidades de corriente, en intervalos de tiempo.

Ilustración 2: Masas depositadas para diferentes tiempos, para cada densidad de corriente.

Ilustración 3: Eficiencias para diferentes densidades de corriente, para cada intervalo de tiempo.



Relacionar todos los fenómenos involucrados en una electrodeposición, con los resultados obtenidos

Se pudo observar en la experiencia que se produjo cierta cantidad de hidrogeno en contorno al catado; esto se puede deber a dos factores principalmente: a) Se está aplicando una densidad de corriente mayor a la necesaria y por tal motivo la densidad de corriente adicional produce la hidrolisis del agua mediante la ecuación siguiente: 𝐻2 𝑂 + 2𝑒 − → 𝐻2 + 2𝑂𝐻 − De este modo produciendo hidrogeno. b) El otro factor puede deber a que el baño cianurado no tiene una concentración adecuada esto podría generar polarización por concentración y de esta manera el flujo de corriente seria aprovechada para la electrolisis del agua. En ambos casos se sustenta el porqué de la baja eficiencia del proceso electrolítico. Además, el flujo de las burbujas de hidrogeno al contorno del cátodo interfiere en el proceso de deposición en el mismo.

¿Para que el baño en abundante agua exactamente después de que se retira del baño alcalino? Para evitar que los átomos de Zn, recién depositado, se oxiden ya que (como ya se dijo) este metal presenta una actividad mayor, debido al valor de su potencial de oxidación. ¿Por qué se da el quemado en los bordes de las placas? La corriente busca siempre el camino que le es menos impedido. En los bordes de las áreas la resistencia a la corriente es menor por lo que los átomos de Zn a medida que se incrementa la

densidad de corriente tienden a depositarse más en dicha zona. Ademas este problema se incrementa a mayor densidad de carga ya que aumenta la polarización. Discusión de resultados

Las ilustraciones 1 y 2 nos muestran la relación directamente proporcional que posee la masa depositada con el tiempo y densidad de corriente, si bien ambas graficas muestran una tendencia creciente entre dichas variables, los puntos presentados no corresponden a los valores teóricos que se deberían obtener debido a las pérdidas de corriente ocasionado la polarización por concentración, ya que este ocasiona que la gradiente de concentración de los iones positivos disminuya, provocando que los depósitos en el cátodo no sean iguales a los que la ley de Faraday predice. La ilustración 3 nos muestra que a mayores densidades de corriente, la eficiencia de los depósitos disminuye, debido a que aplicar una cantidad mayor de corriente sobre el sistema hará que el efecto de polarización por concentración sea mayor, sin embargo cada grafica presenta una valor máximo en la eficiencia (1A/dm2-43.3%,1.5A/dm243.3%, 2A/dm2-43.3%, 2.5A/dm2-43.3%) debido a que en un inicio el movimiento iónico es lo suficiente fuerte para vencer a la polarización, incrementando así la velocidad de reducción de los iones metálicos, posteriormente cuando se hace aumentar la corriente, la polarización vencerá dicha resistencia y afectara notablemente al rendimiento.

Conclusiones

La cantidad de masa depositada presenta una tendencia creciente tanto con el tiempo y la densidad de corriente. La eficiencia de las electrodeposiciones presenta una tendencia decreciente con la densidad de corriente. La polarización por concentración afecta el rendimiento o eficiencia del proceso, así como la cantidad de masa que se deposita.

Bibliografía Diana Carolina Parada Quinayá, H. A. (2009). OBTENCIÓN, ELECTRODEPOSICIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN RECUBRIMIENTO POLIMÉRICO BIOABSORBIBLE A PARTIR DE ÁCIDO L. Ingeniare. Rev. chil. ing, 365-374.