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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA QUÍMICA AMBIENTAL, ALIMENTOS Y PETROQUÍMICA

PROYECTO FINAL (PRQ – 504)

Estudiantes: Condori Apaza Gabriela Ilsen Espada Choque Fabiana Saida Mamani Alejo Shirley Helen Osco Jimenes Tania Quenta Marquez Grissel Carolina Docente: Ing. Gabriel Mejía Fecha: 9 /12/19 LA PAZ – BOLIVIA

Contenido 1.

OBJETIVOS .............................................................................................................................. 3 1.1.

OBJETIVO GENERAL .................................................................................................... 3

1.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................... 3

2.

FUNDAMENTO TEÓRICO ..................................................................................................... 3

3.

MATERIALES Y REACTIVOS ............................................................................................... 5

4.

3.1.

MATERIALES ................................................................................................................... 5

3.2.

REACTIVOS ..................................................................................................................... 6

PRODEDIMIENTO EXPERIMENTAL ................................................................................... 6 4.1.

5.

DIAGRAMAS DE FLUJO ............................................................................................. 12

CALCULOS Y RESULTADOS ............................................................................................ 15 5.1.

COBREADO EN MEDIO ACIDO ................................................................................. 15

5.2.

COBREADO EN MEDIO BÁSICO ............................................................................... 16

6.

CONCLUSIONES................................................................................................................... 17

7.

RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 17

8.

BIBLIOGRAFIA ...................................................................................................................... 17

RECUBRIMIENTO ELECTROLÍTICO DE COBRE A METALES DE Zn Y Fe 1. OBJETIVOS 1.1.

OBJETIVO GENERAL

 1.2.

Realizar un recubrimiento con cobre de piezas metálicas. OBJETIVOS ESPECÍFICOS



Realizar un recubrimiento con cobre de piezas de hierro por medio de un proceso electrolítico.



Realizar un recubrimiento con cobre de piezas de hierro por medio de un proceso de electrólisis en medio ácido y en medio básico.



Estudiar los distintos métodos de recubrimiento con cobre de piezas metálicas.



Analizar el rendimiento de distintos métodos de recubrimiento con cobre.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO Los procesos de recubrimientos electrolíticos o químicos consisten en depositar por vía electroquímica finas capas de metal sobre la superficie de una pieza sumergida en una solución de iones metálicos o electrolito. En este proceso se usan productos químicos relativamente puros, sales y metales, de forma que durante la operación se depositan completamente los metales empleados sobre las piezas. Los

campos

de

aplicación

fundamentalmente decorativos y

de

estos

recubrimientos

de protección anticorrosiva.

En

el

son campo

decorativo los metales más utilizados para realizar el recubrimiento son el cromo, el oro, el cobre, el níquel y la plata, mientras que en el caso de la protección anticorrosiva los metales empleados son el cromo, el oro, el níquel, el cinc y el estaño. Nos sorprenderíamos de la cantidad de piezas que tienen un recubrimiento electrolítico en nuestro hogar: el pomo de las puertas, las bisagras de las puertas, los grifos, los fregaderos, etc. Aunque pasen desapercibidos, forman parte fundamental de nuestro día a día.

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 también 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 níquel, 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. El recubrimiento en cobre así como el de zinc y otros materiales permiten que el metal no se oxide, se desgaste y que sufra una corrosión. En la siguiente nota le contamos de su proceso y de los métodos que existen para llevarlo a cabo. También conocido como el cobreado, el recubrimiento en cobre es realizado mediante el baño electrolítico que se da sobre piezas metálicas ya sean de acero, cobre o zamak y que sirven principalmente para aumentar la resistencia de la oxidación, la corrosión o el desgaste. Este tipo de recubrimiento mejora la conductividad y soldabilidad para lograr un buen aspecto en los elementos ornamentales. Consiste en depositar por vía electroquímica finas capas de metal sobre la superficie de una pieza sumergida en una solución de iones metálicos. En este proceso se usan productos químicos como las sales y metales teniendo como fin proteger los metales y otros elementos de la corrosión. Métodos de recubrimiento. Galvanizado electroquímico Es el proceso electroquímico por el cual se puede cubrir un metal con otro. Se denomina galvanización pues este proceso se desarrolló a partir del trabajo de Luigi Galvani, quien descubrió en sus experimentos que si se pone en contacto un metal con una pata cercenada a una rana, ésta se contrae como si estuviese viva, luego descubrió que cada metal presentaba un grado diferente de reacción en la pata de rana, por lo tanto cada metal tiene una carga eléctrica diferente.

Más tarde ordenó los metales según su carga y descubrió que puede recubrirse un metal con otro, aprovechando esta cualidad (siempre depositando un metal de carga mayor sobre otro de carga menor). De su descubrimiento se desarrolló más tarde el galvanizado, la galvanotecnia, y luego la galvanoplastia. La deposición galvanotecnia puede hacerse 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. Es generalizable a otras sales como por ejemplo para el cromado o el niquelado. Inmersión en metal fundido. Consiste en sumergir el metal que se va a recubrir en otro metal de menor punto de fusión, en estado fundido. La aplicación más importante la constituye el recubrimiento de objetos, chapas, barras y alambres de acero con zinc, y el recubrimiento de acero, cobre y latón con estaño. En menor extensión se aplica también por este procedimiento el aluminio, para el que resulta necesario efectuar el recubrimiento en atmósfera de hidrógeno. 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. 3. MATERIALES Y REACTIVOS 3.1.

MATERIALES MATERIALES

CANTIDAD

Amperímetro

1

Electrodo de hierro

1

Electrodo de cobre

1

Fuente de energía

1

Clavos

3

Lija fina

1

Balanza

1

Espátula

1

Vaso de precipitado (500ml) Vaso de precipitado (100)

2

2

Cables y cocodrilos

3.2.

REACTIVOS

REACTIVOS

FORMULA

CANTIDAD

Ácido clorhídrico al 4%

HCl

Sulfato de cobre

CuSO4*5H2O

Acetona

CH3(CO)CH3

Hidróxido de amonio

NH4OH

45 ml

Cianuro de sodio

NaCN

19.74 gr

Acido sulfúrico al 5%

H2SO4

7.5 gr

20 l

4. PRODEDIMIENTO EXPERIMENTAL COBREADO DE ZN Y FE POR INMERSIÓN. 1) Tómese 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 sumérjase 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 más 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. 4) De nuevo cobrear, esta vez durante por ejemplo 1 min. Cuando las superficies estén secas y observarlas.

COBREADO DE HIERRO POR ELELCTROLISIS MEDIO ACIDO 1) Prepara la superficie del electrodo de hierro lijando ligeramente 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.

COBREADO POR ELECTROLISIS MEDIO BASICO 1) Una solución de 23.97g de CuSO4*5H2O en 100 ml de agua destilada.

2) Se añade 45ml de NH4OH concentrado hasta obtener un precipitado de color verde esmeralda con un exceso de amoniaco se disuelve la solución hasta obtener una solución azul.

3) Se añade NaCN 19.74g de NaCN hasta una coloración ámbar. 4) Se deja decantar la solución por un tiempo de 30 minutos luego se procede al filtrado obteniendo una solución amarilla la cual nos sirve para realizar el cobreado.

5) Proceder al recubrimiento electrolítico, primeramente, desengrasar con una solución con jabón y decapar con la solución de H2SO4 al 5%. Introducir los dos electrodos y esperar, cuando se observe la capa de cobre electrodepositada sobre la pieza de acero o hierro, sacar esta de la celda electrolítica lavar y pulirla.

ÁNODO: PLACA DE COBRE CÁTODO: ACERO INOXIDABLE

4.1.

DIAGRAMAS DE FLUJO

COBREADO DE ZN Y FE POR INMERSIÓN

COBREADO DE HIERRO POR ELELCTROLISIS MEDIO ACIDO

COBREADO POR ELECTROLISIS MEDIO BASICO

5. CALCULOS Y RESULTADOS 5.1.

COBREADO EN MEDIO ACIDO

Preparación de las soluciones: 𝑪𝒖𝑺𝑶𝟒 ∗ 𝟓𝑯𝟐 𝑶 = 0.064 (M) 1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑢𝑆𝑂 ∗5𝐻2 𝑂

8.03 g 𝐶𝑢𝑆𝑂4 ∗ 5𝐻2 𝑂 ∗ 249.59 𝑔𝐶𝑢𝑆𝑂4

4 ∗5𝐻2 𝑂

𝑛

C=𝑣 =

0.032 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑢𝑆𝑂4 ∗5𝐻2 𝑂 500 𝑚𝑙

∗

1000 𝑚𝑙 1𝑙

= 0.032 mol 𝐶𝑢𝑆𝑂4 ∗ 5𝐻2 𝑂

= 0.064 (M)

Solución de HCl 4 % 4 𝑔 𝐻𝐶𝑙

100 𝑚𝑙

1.19 𝑔

50 ml sol*100 𝑚𝑙 𝑠𝑜𝑙 ∗ 37 𝑚𝑙 𝐻𝑐𝑙 = 5.4 ml * 1 𝑚𝑙 = 6.426 g HCl Reacciones:

𝐶𝑢𝑆𝑂4 ∗ 5𝐻2 𝑂 ----> 𝐶𝑢+2 + 𝑆𝑂4 + 5𝐻2 𝑂 𝐶𝑢+2 + 2 𝑒 − ----> 𝐶𝑢𝑠 𝑍𝑛𝑠 ---> 𝑍𝑛+2 + 2 𝑒 −

Datos: 𝑚𝑜 𝑐𝑙𝑎𝑣𝑜 = 12.632 g 𝑚𝑐𝑙𝑎𝑣𝑜 𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒𝑎𝑑𝑜 = 12.639 g (clavo cobreado) 𝑚 𝑐𝑙𝑎𝑣𝑜 = 12.631 g (desprendimiento de Zn) durante 2 min t (s)

m (g)

0

12.632

15

12.639

30

12.646

45

12.661

60

12.683

Gráfica t (s) vs m (g) 12.69 12.68

m(g)

12.67 12.66 12.65 12.64 12.63 12.62 0

10

20

30

40

50

60

t(s)

Datos: (Electrolisis) 𝑚𝑜 ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 = 5.084 g (masa placa inicial) 𝑚𝑓 ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 = 5.117 g (masa placa final) 𝑚𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒 = 0.033 g (masa cobre) V = 3.7 (v) I = 0.07 (A) t = 2 min

5.2.

COBREADO EN MEDIO BÁSICO

Preparación de las soluciones: 5 𝑚𝑙 𝐻 𝑆𝑂

500 ml sol 𝐻2 𝑆𝑂4* 100 𝑚𝑙2 𝑠𝑜𝑙4 ∗

100 𝑚𝑙 𝐻2 𝑆𝑂4 965 𝑚𝑙 𝐻2 𝑆𝑂4

= 25.9 ml 𝐻2 𝑆𝑂4

100 𝑚𝑙 𝐻 𝑂

26.018 g 𝐶𝑢𝑆𝑂4 ∗ 5𝐻2 𝑂 *23.97 𝑔 𝐶𝑢𝑆𝑂 2∗5𝐻 𝑂= 104. 37 ml 𝐻2 𝑂 4

2

𝑉𝑁𝐻4 𝑂𝐻 = 45 ml 𝑚𝑁𝑎𝐶𝑁 = 19.84 g NaCN Reacciones:

𝐶𝑢𝑆𝑂4 ∗ 5𝐻2 𝑂 ----> 𝐶𝑢+2 + 𝑆𝑂4 + 5𝐻2 𝑂

70

𝐶𝑢+2 + 𝑁𝐻3 ---> Cu(𝑁𝐻3 )4 Cu(𝑁𝐻3 )4 + 4CN ----> 𝐶𝑢(𝐶𝑁)4 𝐶𝑢(𝐶𝑁)4 + 𝑁𝑎+ ----> CNCuNa Datos: 𝑚𝑜 ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 = 5.257 g (masa placa inicial) 𝑚𝑓 ℎ𝑖𝑒𝑟𝑟𝑜 = 5.388 g (masa placa final) 𝑚𝑐𝑜𝑏𝑟𝑒 = 0.131 g (masa cobre) V = 2.3 (v) I = 0.04 (A) t = 2 min

6. CONCLUSIONES

7. RECOMENDACIONES

8. BIBLIOGRAFIA 

http://blog.utp.edu.co/metalografia/389-2/