Práctica No. 3.- Obtención de una Aleación Ni-Co Laboratorio de Electrometalurgia. Objetivo.- Conocer Objetivo.- Conocer que es posible obtener aleaciones por vía electrolítica. Estudiar mediante curvas de polarización un proceso electroquímico de obtención de aleaciones. Realizar Realizar ingeniería ingeniería en reversa reversa para verificar verificar si las aleaciones aleaciones propuestas propuestas están formadas por las soluciones utilizadas. Introducción. La electrodepositación de metales y aleaciones pueden tener grandes ventajas. us estructuras son muy diferentes a las estructuras obtenidas por la vía t!rmica. u tama tama"o "o de los los gran granos os son genera generalm lmen ente te más finos finos y debi debido do a que que tien tienen en estruc estructur turas as meta#e meta#esta stable bles$ s$ tienen tienen diferen diferentes tes propie propiedad dades es que pueden pueden result resultar ar ben!ficas$ tambi!n por este m!todo se pueden vencer algunas de las dificultades en la preparación de las aleaciones t!rmicas. %ara poder tener el depósito de una aleación es necesario &acer estudios como el que en esta práctica se proponen. Procedimiento. %reparar soluciones' (.# )na solución de *i+ , -/+ en /,0 g1l$ *iCl / ,2 g1l y 34+3 30 g1l. /.# )na solución de Co+ , 5 g1l 3.# )na solución para depositar *i#Co$ %roblema.
En un una a celd celda a de colo colocó có un una a plac placa a de acer acero o previ previam amen ente te lija lijada da y seca secada da con con acetona. e armó la celda como se muestra en la figura 6foto# y se aplicó un barrido de #(.2 7 en la zona catódica para los ba"os de *i$ Co$ *i#Co y solución fi. 8ambi!n 8ambi!n se realizó un barrido en e n la zona anódica de 9(.27 con electrodo de *i. %reparar %reparar tres electrodos electrodos de acero acero al C y lijar lijar y secar con acetona. acetona. Este puede puede ser de acero (0(5. Con el %otenciosta %otenciostato to y :enerador de barrido$ barrido$ barriendo barriendo en dirección dirección catódica catódica de cada una de estas soluciones del potencial de equilibrio &asta ( 7. En caso de que no se apreciara la corriente límite$ se puede modificar el sobrepotencial a #(.2 7. e recomienda que la velocidad de barrido sea de ( m71seg y se debe mantener constante en todas las curvas. ;espu!s de cada prueba observe la apariencia del electrodo de trabajo. Realizar la curva anódica de disolución de un electrodo de *i. Reultado! Ejem"lo de cálculo ;iámetro' (.5 cm 0.9 cm ¿ ¿ Área= π ¿
log i =log
(
0.005 mA 2
2.54 cm
)
=−2.705
mA cm
2
e tomaron las corrientes a una velocidad de (0 m<1seg en las pruebas de *i$ Co$ *i#Co$ solución problema y la placa de *i.
#a$o de Co%O& 'Co( )ona catódica
E mV
I mA
log i
Erep -665
0.005
2.7058637 1
-715
-0.096
1.4225624 8
-765
-0.143
1.2494976 8
-815
-0.207
1.0888633 7
-865
-0.28
0.9576756 9
-915
-0.382
0.8227703 5
-965
-0.49
0.7146376 4
-1015
-0.745
0.5326774 4
-1065
-1.08
0.3714099 6
-1215
-1.23
0.3149286 1
-1265
-1.51
0.2258567 7
-1315
-1.71
0.1718376
1
-1365
-1.93
0.1192764 1
-1415
-2.11
0.0805512 6
-1465
-2.32
0.0393457 3
-1515
-2.53
0.0017132
-1565
-2.73
0.0313289 3
-1615 -1665
-2.95
0.0649883
-3.07
0.0823046 6
-1715
-3.19
0.0989569 7
-1765
-3.32
0.1163043 7
-1815
-3.41
0.1279206 6
-1865
-3.45
0.1329853 8
-1915
-3.41
0.1279206 6
-1965
-3.47
0.1354957 6
-2015
-3.63
0.1550729 1
-2065
-3.7
0.1633680 1
-2115
-3.83
0.1783650 6
-2165
-3.95
0.1917633 8
-2215
-4.08
0.2058264 5
#a$o de *att 'Ni( )ona catódica
E mV
I mA
log i
Erep -610
0.04
1.8027737 3
-660
-0.079
1.5072066 3
-710
-0.147
1.2375163 8
-760
-0.282
0.9545846 1
-810
-0.226
1.0507252 8
-860
-3.74
0.1680378 9
-910
-5.16
0.3078159 9
-960
-6.23
0.3896543 3
-1010
-7.35
0.4614536 2
-1060
-8.69
0.5341860 6
-1110
-10.3
0.6080035 1
-1160
-12
0.6743475 3
-1210
-13.6
0.7287051 9
-1260
-15
0.7712575 4
-1310
-16.7
0.8178827 5
-1360
-18.3
0.8576173 7
-1410
-20.1
0.8983623 4
-1460
-22.1
0.9395585 6
-1510
-24.2
0.9789816 5
-1560
-26.1
1.0118067 9
-1610
-28
1.0423243 1
-1660 -1710
-29.5
1.0649883
-30.9
1.0851247 6
-1760
-32.3
1.1043688 1
-1810
-33.8
1.1240829 8
-1860
-35.4
1.1441695 5
-1910
-36.9
1.1621926 5
-1960
-38.7
1.1828772 5
-2010
-40
1.1972262 7
-2060
-42
1.2184155 7
%olución aleación 'Ni-Co( )ona catódica
E mV
I mA
log i
Erep -595
0.085
1.4754147 9
-645
-0.042
1.7815844 3
-695
-0.095
1.4271101 1
-745
-0.153
1.2201422 9
-795
-0.299
0.9291625 3
-845
-0.61
0.6195038 8
-895
-0.895
0.4530106 8
-945
-2.03
0.0973376 8
-995
-4.57
0.2550824 8
-1045
-6.74
0.4238261 8
-1095
-8.76
0.5376703 9
-1145
-10.32
0.6088459 8
-1195
-12.2
0.6815261 1
-1245
-14
0.7412943 2
-1295
-15.8
0.7938233 7
-1345
-17.7
0.8431395 5
-1395
-19.8
0.8918314 7
-1445
-22.1
0.9395585 6
-1495
-24
0.9753775 3
-1545
-26.4
1.0167702 1
-1595
-28.5
1.0500111 4
-1645
-30.7
1.0823046 6
-1695
-34.1
1.1279206 6
-1745
-36.2
1.1538748 5
-1795
-38.4
1.1794975 1
-1845
-40.7
1.2047606 9
-1895
-43.4
1.2326560 1
-1945
-45.6
1.2541311 3
-1995
-48.4
1.2800116 5
-2045
-50.9
1.3018840 7
-2095
-53.4
1.3227075 4
%olución +i ')ona catódica(
E mV
I mA
log i
Erep -615
-0.03
1.9277124 6
-665
-0.183
1.1423826 3
-715
-0.353
0.8570590 1
-765
-0.567
0.6512506 6
-815
-0.907
0.4472264 3
-865
-1.85
0.1376619 9
-915
-3.16
0.0948533 7
-965
-4.61
0.2588672 1
-1015 -1065
-6.15
0.3840414
-7.81
0.4878173 2
-1215
-9.23
0.5603679 8
-1265
-10.5
0.6163555 8
-1315
-11.7
0.6633521 5
-1365
-13.2
0.7157402 1
-1415 -1465
-14.8
0.765428
-16.4
0.8100101 3
-1515
-18
0.8504387 9
-1565
-19.7
0.8896325 1
-1615
-21.4
0.9255800 6
-1665
-23.2
0.9606542 7
-1715
-25
0.9931062 9
-1765
-26.7
1.0216775 4
-1815
-28.6
1.0515323 2
-1865
-30.4
1.0780398
7
-1915
-32.2
1.1030221 6
-1965
-34.1
1.1279206 6
-2015
-36.1
1.1526734 9
-2065
-37.9
1.1738054 9
-2115
-39.7
1.1939567 9
-2165
-41.7
1.2153023 4
Placa de Ni ')ona anódica(
E mV
I mA
log i
Erep 20 70
0.001
-4.30103
0.004
4.243038 05
120
0.014
3.933053 21
170
0.02
3.929418 93
220
0.023
3.980694 84
270 320
0.027
-4
0.031
4.013788 28
370
0.039
3.977137 12
420
0.05
3.924279
29
470
0.068
3.839588 95
520
0.12
3.636822 1
570
0.225
3.403692 34
620
0.961
2.809668 3
670
2.8
2.378916 77
720
5.03
2.155764 51
770
7.4
2.017259 01
820
9.63
1.930187 57
870
12.12
1.856016 63
920
14.43
1.804521 5
970
17.22
1.750738 59
1020
19.8
1.711934 98
1070
21.8
1.690927 28
1120
24
1.669006 78
1170
26.2
1.649884 57
1220
28.6
1.629993 8
1270
30.9
1.613845 24
1320
33.1
1.600745 94
1370
35.4
1.587717 31
1420
37.4
1.579416 74
1470
39.9
1.566344 44
1520
42.1
1.557561 49
0 -2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
-500
-1000 Baño Ni
E (mV)
Baño Co
-1500
Baño Ni-Co
-2000
-2500
log i (mA)
Comparación gráficas para determinar la solución problema =fi> 0 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
-500
-1000
E (mV)
Solución Ni -1500
-2000
-2500
log i (mA)
Solución f
0 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
-500
-1000
E (mV)
Baño Ni-Co -1500
Solución f
-2000
-2500
log i (mA)
Análii! ay dos curvas que se parece muc&o a la solución fi comparadas en una gráfica conjunta$ las cuales son del ba"o de *i y *i#Co.
Concluione! @ediante un estudio de soluciones conocidas y una solución problema mediante curvas de polarización$ se obtuvo la respuesta por comparación de gráficos que la solución fi corresponde al ba"o de *i#Co. @ediante !ste m!todo podemos resolver que ba"o es el que estamos usando en caso de un mal etiquetado o falta de !ste. 8ambi!n se puede saber el potencial a trabajar en una solución trabajando la curva en la zona límite 6catódica# y eAtrapolándola en el eje de E =m7> a la curva anódicaB así encontraremos el ∆ E &a trabajar favorablemente.
Actividade Com"lementaria.
)tilizando la curva catódica en el ba"o de *i =atts> y la curva anódica del electrodo de *i Du! voltaje requiere la celda para obtener la densidad de corriente recomendada en la práctica ( para este ba"oF 1600
1400
1200
1000
800
E (mV)
Baño Ni catódica Placa Ni anódica
600
400
200
0 -4.5
-4
-3.5
-3
-2.5
-2
-1.5
-1
log i (mA)
En caso de no poderse obtener por tener limitación de corriente anódica$ utilice la curva anódica de %b en la solución de sulfato de Cobre y obtenga el voltaje requerido. ;emuestre con las gráficas como se obtiene este voltaje. *o fue necesario 4usque la tesis Gulio @ancilla %rado. 8esis H..@. Iacultad de uímica. )*<@. (J55. K grafique las curvas para Cd$ %b y %b#Cd a partir de las tablas presentadas. DCorresponde La curva de La aleación %b#Cd a La suma de las curvas individuales de %b y CdF *o se encontró el arc&ivo en la red$ por lo que no &ay punto de comparación.
Cuetionario.
1.- ¿Cómo se define una aleación y por cuáles métodos se pueden obtener estas? Material mecánico que se obtiene mediante combinaciones químicas de distintos elementos, por e!emplo, el acero que se "ace con "ierro y carbono# com$nmente las aleaciones tienen me!ores propiedades mecánicas que los elementos puros la mayoría de las aleaciones se preparaban me%clando los materiales fundidos. Más recientemente, la pul&imetalur'ia "a alcan%ado 'ran importancia en la preparación de aleaciones con características especiales. (tra técnica de aleación es la implantación de ion, que "a sido adaptada de los procesos utili%ados para fabricar c"ips de ordenadores o computadoras. )obre los metales colocados en una cámara de &acío, se disparan "aces de iones de carbono, nitró'eno y otros elementos para producir una capa de aleación fina y resistente sobre la superficie del metal. *ombardeando titanio con nitró'eno, por e!emplo, se puede producir una aleación idónea para los implantes de prótesis. +rocesos de fusión.- os componentes se calientan en un "orno a una temperatura superior a las de fusión, se lo'ra una me%cla "omo'énea y posteriormente se reduce la temperatura "asta que solidifican de nue&o. lectrólisis.-)i el electrolito contiene en disolución cationes de los elementos que queremos alear, con el paso de una corriente eléctrica dic"os iones se depositarán sobre el cátodo. Compresión.-Mediante un proceso similar a la sinteri%ación, se me%clan los materiales en forma de pol&o o &irutas, se aumenta la presión y se calienta la me%cla "asta temperaturas inferiores a la de fusión. .- ¿Cuáles son las consideraciones prácticas más importantes para que se puedan obtener aleaciones por la &ía electrolítica? /ecubrimientos electrolíticos.-os procesos de recubrimientos electrolíticos o químicos consisten en depositar por &ía electroquímica finas capas de metal sobre la superficie de una pie%a sumer'ida en una solución de iones metálicos o electrolito. n este proceso se usan productos químicos relati&amente puros, sales y metales, de forma que durante la operación se depositan completamente los metales empleados sobre las pie%as.
a deposición de un determinado metal puede obtenerse a partir de ba0os o electrolitos de diferente composición. as propiedades específicas de los recubrimientos dependen de los componentes del electrolito utili%ado. a calidad de recubrimiento ei'ida para un campo de aplicación específico, sólo puede cumplirse manteniendo unas condiciones de traba!os constantes y definidos y reali%ando un se'uimiento e"austi&o de los mismos. a estabilidad a lar'o pla%o de los electrolitos, de 'ran importancia para minimi%ar la 'eneración de ba0os electrolíticos contaminados a tratar, requiere un se'uimiento continuo de concentraciones de los compuestos básicos, las condiciones físicas y las contaminaciones or'ánicas e inor'ánicas. 2simismo "acen necesario un mantenimiento y una limpie%a del ba0o para eliminar partículas y sustancias contaminantes. isten diferentes tipos de recubrimientos3 cobreado, niquelado, cromado, cincado y químicos por deposición de níquel o por deposición de cobre. 4.- ¿5ué efectos tienen los aditi&os en el depósito de las aleaciones?
6n modelo en el que los compuestos or'ánicos compiten con el a'ua para ponerse en contacto con el electrodo permite obtener una &isión sencilla del proceso. 7odo esto ayuda a comprender si la sustancia or'ánica es adsorbida o no a la diferencia de potencial que pre&alece en la interfase en la electrodeposición. n este caso la relación de las &elocidades de crecimiento sobre las diferentes caras se alteraría con respecto a las obser&adas en ausencia de aditi&o or'ánico y qui%á las &elocidades de crecimiento podrán uniformarse lo que conducirá a la formación de depósitos uniformes planos
8.- ¿Corresponde la aleación de 9i-Co a la composición de los ba0os de 9i y de Co? )e aseme!a más al ba0o de 9i, se ale!a un poco del ba0o de Co pero con la misma tendencia. :.- ¿5ué método de acercamiento de potenciales se utili%ó en la obtención de la aleación 9i-Co? 9o entiendo la pre'unta, ayuda. ;.-)i se requiere una densidad de corriente de : 2 #ibliogra+,a. (.# Gulio @ancilla %rado. 8esis H..@. Iacultad de uímica. )*<@. (J55. /.# Carlos R.
La solución de alto campo para la ecuación de 4utler#7olmer$ son las ecuaciones de 8afel
;onde Ma es el sobrepotencial anódico$ ia es la densidad de corriente anódica$ io es la densidad de corriente de intercambio y Na es la pendiente de 8afel anódica definida como'
Donte R es la constante de los Gases, T es la temperatura α es la fracción que ayuda a la reacción anódica, z el número de electrones intercambiados y F es la constante de Faraday. De igual forma para la reacción catódica
Dónde Nc es la pendiente de 8afel catódica'
!or otro lado se tiene la ecuación de difusión de "erst
Dónde c es la concentración dela solución y co es la concentración en la superficie del electrodo. #a ecuación de difusión de "erst en función de la densidad de corriente i y de la corriente l$mite i# es
%i se consideran todos los sobrepotenciales &total' &acti(ación ) &difusión )&resistencia
>ónde /s es la resistencia de la solución y /f la resistencia de la capa pasi&a. 2 un potencial propuesto se puede iterar la corriente para cada reacción y la corriente total es la suma de las corrientes anódicas y las corriente catódicas.
!or e*emplo para un electrodo de +n en medio acido
proponiendo estos par-metros se puede obtener la cur(a compuesta que es igual a la cur(a eperimental
/n pocas palabras, las cur(as electroqu$micas pueden estar compuestas por m-s de un proceso, tanto en la parte anódica como en la catódica.
