5.DOC

ĆWICZENIE NR 5

POMIAR POTENCJAŁÓW WYDZIELANIA MIEDZI I CYNKU

              Potencjał odwracalny metalu A w roztworze jego jonów o aktywności , tj. potencjał elektrody A,A+ określa równanie:

                            (1)

              Przy założeniu, że nie ma polaryzacji - teoretycznych potencjał wyładowania Ewył.:

              Ewył. teoret. = Eod.              (2)

              W celu otrzymania rzeczywistego potencjału wyładowania należy uwzględnić nadnapięcie , wówczas:

                            (3)

              W przypadku obecności w roztworze dwóch rodzajów kationów można spowodować ich równoczesne wydzielanie się pod warunkiem, że ich potencjały wyładowania wyrównają się tj.

                            (4)

              Z analizy tego równania wynika, że równość potencjałów wyładowania może zachodzić w następujących przypadkach:

a) potencjały normalne są bardzo bliskie sobie, a nadnapięcia bardzo małe,

b) potencjały normalne są równe, a nadnapięcia procesu wydzielania kationów różnią się wystarczająco, by skompensować tę różnicę,

c) różnice potencjałów odwracalnych i nadnapięć są kompensowane różnicami aktywności jonów.

              Biorąc pod uwagę możliwość zmiany aktywności odpowiednich jonów stwierdzono, że jest ona ograniczona w przypadku stosowania soli prostych, zwiększa się natomiast w roztworach soli zespolonych. Można wtedy dobrać takie stężenie cyjanku będącego w nadmiarze, że potencjał odwracalny miedzi stanie się bardziej ujemny od potencjału cynku i miedź będzie wypierać cynk z roztworu. Jeżeli w roztworze cyjankowym zechcemy nadać miedzi i cynkowi jednakowe wartości potencjałów odwracalnych, np. 1.0 V, to potencjał miedzi winien być przesunięty w kierunku wartości ujemnych o 1.51 (uwzględniono nadnapięcie przy osadzaniu jonów Cu2+ w elektrolicie cyjankowym). Po przedstawieniu odpowiednich wartości do równania (1) i po dokonaniu zmiany logarytmów naturalnych na logarytmy dziesiętne otrzymamy:

              - dla miedzi

- 1.0 = 0.51 + 0.058 lg a

- 1.51 = 0.058 lg a

lg a = - = - 26

a = n

              - dla cynku

- 1.0 = - 0.76 + 0.029 lg a

- 0.24 = 0.029 lg a

lg a = - = - 8

a = n

              Z wyliczeń wynika, że aktywność jonów cynku przy danej wartości potencjałów jest 1018 razy większa od aktywności jonów miedzi. Często dobiera się takie czynniki kompleksotwórcze, które aktywność jonów metalu bardziej szlachetnego zmniejszają bardziej, niż aktywność jonów metalu mniej szlachetnego.

              Równanie (1) wyraża statyczne warunki procesu odwracalnego. Ponieważ osadzanie elektrolityczne jest procesem nieodwracalnym, któremu towarzyszy zjawisko polaryzacji katodowej, to potencjał katodowy Ek oblicza się z równania:

                            (5)

              Wielkość E równa jest różnicy tj. polaryzacji katodowej przy danej gęstości prądu.

Cel ćwiczenia.

              Celem ćwiczenia jest poznanie warunków współosadzania miedzi i cynku z roztworów ich soli.

Aparatura i odczynniki.

              Zasadniczy element obwodu elektrycznego stanowi naczynie do przeprowadzania elektrolizy. Katoda poprzez klucz elektrolityczny stanowi część układu z elektrodą kalomelową, którego SEM należy wyznaczyć.

              Badanie potencjałów należy przeprowadzić w 5 kąpielach galwanicznych o następujących składach:

a) Kąpiel do cynkowania kwaśnego:

              ZnSO4 7 H2O              - 360 g/dm3

              NH4Cl              -   30 g/dm3

              CH3COONa              -   15 g/dm3

              C6H12O6              - 120 g/dm3

b) Kąpiel do cynkowania cyjankalicznego:

              ZnO              -   40 g/dm3

              NaCN              -   85 g/dm3

              NaOH              -   40 g/dm3

c) Kąpiel do miedziowania kwaśnego:

              CuSO4 5 H2O              - 200 g/dm3

              H2SO4 (1.84)               -   30 g/dm3

d) Kąpiel do miedziowania cyjankalicznego:

              CuCN              -   30 g/dm3

              NaCN              -   10 g/dm3

              Na2CO3              -   15 g/dm3

              Na2SO3 7 H2O              -     5 g/dm3

e) Kąpiel do współosadzania Cu i Zn - mosiądzowania:

              CuCN              -   27 g/dm3

              Zn(CN)2              -     9 g/dm3

              NaCN              -   54 g/dm3

              Na2CO3              -   30 g/dm3

Przebieg ćwiczenia.

              Gęstość prądu należy regulować zaczynając od gęstości prądowej 1 mA/cm2 i zwiększać ją dalej stopniowo o 1 mA. Dla każdej gęstości prądu należy zmierzyć Ekal przestrzegając jednakowych czasów pomiaru.

Opracowanie wyników.

              Znając wartości Ekal (z pomiarów) i wartości potencjału elektrody kalomelowej należy obliczyć potencjały katody dla każdego typu kąpieli względem elektrody wodorowej. Wyniki pomiarów zestawić w następującej tabelce:

              Z otrzymanych wyników sporządzić wykres zależności gęstości prądu od potencjału dla każdego typu kąpieli. Krzywe polaryzacyjne przedstawić na jednym wykresie. Wyznaczyć potencjał wydzielania metalu z różnych kąpieli (punkt przecięcia prostej stycznej do krzywej polaryzacji z osią potencjału). Przeprowadzić dyskusję otrzymanych wyników.

Literatura.

1. Praca zbiorowa - Poradnik galwanotechnika - WNT, Warszawa 1985 r.

SCHEMAT PODŁĄCZENIA APARATURY

1