Electrodeposicion Del Cobre

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27 de junio de 2014

UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL ALCIDES CARRION

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE FORMACIN PROFESIONAL DE METALURGIA

ELECTRODEPOSICIONDEL CO RE

ELECTROQUIMICA

METALURGICA

2014


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CONCENTRACION DE MINERALES II

A : Ing. PANEZ CRISTOBAL, JulioIngeniero responsable del curso de electroqumica metalurgica

DE : ARZAPALO CORDOVA, Joel AndersonAlumno del noveno semestre de ingeniera metalrgica

ASUNTO : ELECTRODEPOSICIN DEL COBRE

FECHA : 27 de Junio del 2014

Es grato dirigirme a su persona con el objetivo de informarle sobre la prcticarealizada en laboratorio.El tema, motivo de investigacin, es describir electrodeposicin del cobre.El informe que se propone como trabajo de investigacin incluir,especficamente, La electrodeposicin de cobre, se refiere a la obtencin dectodos de cobre de alta pureza, los cuales se producen sumergiendo doselectrodos en una solucin electroltica de sulfato de cobre. En laelectrodeposicin el nodo es insoluble de manera que el electrolito no llegara ser contaminado durante la operacin y de ese mismo modo el nodo no

requerir ser reemplazado frecuentemente. Presentes en la pruebaexperimental practicadas en laboratorio.

ATENTAMENTE,

ARZAPALO CORDOVA, Joel AndersonAlumno del noveno semestre de ingeniera metalrgica

Cdigo: 1024203065


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INTRODUCCION

Las celdas electrolticas son las que llevan a cabo reacciones no espontneas.

En ellas se necesita emplear energa de una fuente externa para que lareaccin de oxidacin reduccin tenga lugar.

La descripcin de las celdas electroqumicas se centra en la comparacin de

los potenciales de reduccin que permiten deducir si una reaccin se produce

en forma espontnea o no, pero en esas descripciones se asume un flujo

imperceptible de corriente. Para que una celda pueda hacer trabajo til o para

que se produzca la electrlisis es necesario que haya un movimiento

significativo de cargas. Siempre que hay un movimiento de cargas, la magnitud

del voltaje de salida de una celda galvnica disminuye y el necesario para

producir la electrlisis en una celda electroltica aumenta. Los factores

responsables de esta variacin son: El potencial hmico, la polarizacin por

concentracin y el sobrepotencial.

Despus de concluida cada experiencia se cuantifica la variacin de masa en el

ctodo, ya que en este se depositan los metales, para luego determinar el

porcentaje de recuperacin de cobre y el porcentaje de nquel presente en la

solucin problema Este procedimiento es empleado a niveles industriales

debido a la facilidad de su aplicacin y al alto rendimiento de recuperacin de

metales que se obtiene.

Esta experiencia es importante realizarla porque nos aclara los conocimientos

adquiridos en materias anteriores sobre el tema y nos permite incrementar nivel

de cultura cuando investigamos el uso industrial de esta tcnica, sobre todo en

la industria de recubrimientos metlicos.


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I. FUNDAMENTO TERICO

1.1. ELECTRODEPOSICION DE Cu:

La electrodeposicin de cobre, se refiere a la obtencin de ctodos de cobre de

alta pureza, los cuales se producen sumergiendo dos electrodos en una

solucin electroltica de sulfato de cobre. En la electrodeposicin el nodo es

insoluble de manera que el electrolito no llegar a ser contaminado durante la

operacin y de ese mismo modo el nodo no requerir ser reemplazado

frecuentemente. Al pasar la corriente elctrica provoca a deposicin de cobre

en el ctodo, mientras en el nodo se descompone el agua dando lugar a

burbujas de oxgeno 02 e iones H+ que a su vez originan el H2S04.

Se trata de fabricar una celda electroltica con una fuente externa de

alimentacin elctrica y de observar en ella la electrodeposicin de una capa

de cobre sobre un objeto de acero inoxidable, que acta como ctodo de la

celda.

Las reacciones de corrosin son de naturaleza electroqumica, ya que implican

transferencia de electrones entre el metal que sufre el ataque (que acta como

dador electrnico o nodo) y una segunda sustancia que recibe tales

electrones, y que por tanto se reduce, actuando como oxidante en la reaccin

redox.

Muchas partes metlicas se protegen de la corrosin por electrodeposicin,

para producir una fina capa protectora de metal. En este proceso, la parte que

va a ser recubierta constituye el ctodo de una celda electroltica. El electrolito

es una sal que contiene cationes del metal de recubrimiento. Se aplica una

corriente continua por medio de una fuente de alimentacin, tanto a la parteque va a ser recubierta como al otro electrodo. Un ejemplo de deposicin en

varias capas es la del cromado de los automviles. En el cromado la

electrodeposicin consta de una capa inferior de cobre, una intermedia de

nquel y una capa superior de cromo.

En una celda electroltica se produce una reaccin redox no espontnea

suministrando energa elctrica al sistema por medio de una batera o una

fuente de alimentacin. La batera acta como una bomba de electrones,

arrancndolos del nodo y empujndolos al interior del ctodo. Dentro de la


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celda, para que se mantenga la electro neutralidad, debe ocurrir un proceso

que consuma electrones en el ctodo y que los genere en el nodo. Este

proceso es una reaccin redox.

En el ctodo tendr lugar la reduccin de un ion al aceptar ste los electrones

remitidos desde el nodo. Los iones positivos (cationes) se dirigirn al polo

negativo, llamado ctodo. En el nodo se generan electrones debido a la

oxidacin de un metal u otra sustancia. Los electrones son enviados al otro

electrodo por la batera. El nodo pierde por tanto, su carga negativa y por esa

razn es el polo positivo.

La batera (una pila) al arrancar electrones del cobre andico, ocasiona

oxidacin de este metal:

Cu (s) Cu2+(aq) + 2e-

Los electrones llegarn al ctodo impulsados por la batera. Una vez all,

reducirn a los iones cpricos presentes en el electrolito:

Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)

De esta manera, en el ctodo se va formando un precipitado de cobre que se

deposita como una fina capa de color rojizo en la superficie de la cucharilla.

Existe adems una relacin simple entre la cantidad de electricidad que pasa a

travs de una celda electroltica y la cantidad de sustancia depositada en l

ctodo. Ambas cantidades son directamente proporcionales (ley de electrlisis

de Faraday).

En general, durante la electrodeposicin se observa lo siguiente:

RA: H2O = O2 + 2H+ + 2e-

osita en las paredes del ctodo como:

RC: Cu2+ + 2e- = Cu(s)

Los procesos de electrodeposicin incluyen cambios de especies inicas a

especies atmicas, de modo que una energa definida y un voltaje de

descomposicin son requeridos, los requerimientos de voltaje terico pueden


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ser calculados a partir del potencial estndar de la reaccin total de celda y las

actividades de los iones en solucin es decir:

(T = temperatura, K; F = Constante de Faraday, 96500 culombios por peso

equivalente gramo; R = constante de los gases, 8.31 Joules/g mol K) de los

cuales:

Adems de este potencial de descomposicin terico, la produccin de oxigeno

gaseoso en el nodo requiere un sobrevoltaje significativo. De igual modo, se

requiere un potencial extra debido a la cada de voltaje en el electrolito,

polarizacin y conexiones en el nodo y ctodo.

El voltaje total de celda para electrodeposicin est en el rango de 2 - 2.5

voltios, segn la densidad de corriente y la temperatura del electrolito.

Aplicaciones de la Electrlisis:

1. Obtencin de Cobre Puro:

En el electro refinado del cobre el cobre impuro se hace funcionar como nodo.

El ctodo es una fina hoja delgada de cobre puro y el electrolito es una

disolucin de sulfato de cobre (II) acidificada con cido sulfrico.

2. Electrodeposicin:

Una pieza metlica se recubre de una fina capa de in metal. El objeto a recubrir

acta como ctodo. En el nodo se ubica una placa del metal con el que se

quiere recubrir la pieza.

En la electrodeposicin de plata, el nodo es de plata y el electrolito es de

nitrato de plata.

La electrodeposicin es un procedimiento electroqumico mediante el cual se

logra cubrir una pieza con una fina capa de determinado metal. Para lograrlo se

sumerge la pieza a cubrir en una solucin electroltica que contiene los iones

del metal que formar la capa.


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La pieza se pondr en contacto con una fuente de corriente continua y con un

electrodo que cumplir la funcin de nodo, cediendo electrones para que los

iones metlicos en solucin se reduzcan y sedepositen sobre la pieza, que

cumple la funcin de ctodo. De esta manera se obtiene el recubrimiento

metlico en la pieza.

Recordemos que el nodo de estesistema estar hecho del metal con que se

quiere recubrir la pieza, para que pueda disolverse, oxidarse, cediendo

electrones y aportando iones a la solucin, a medida que los iones que estaban

presentes en la solucin, se reducen y se depositan sobre la pieza a recubrir,

que funciona como ctodo en el sistema. Todo este proceso es posible

gracias a la corriente continua que permite la movilizacin de electrones.

Otro punto a destacar es que las propiedades que tendr la capa que recubre

la pieza, depende directamente de la corriente que se haya aplicado. La

adherencia de la capa, sucalidad, la velocidad de deposicin, dependen del

voltaje y de otros factores relacionados con la corriente aplicada.

Tambin hay que tener en cuenta que si el objeto a recubrir tiene una superficie

intrincada, la capa formada ser ms gruesa en algunos puntos y ms fina en

otros. De todos modos, existen maneras de eludir este inconveniente, por

ejemplo, utilizando un nodo con forma similar a la de la pieza a recubrir.

Este procedimiento es utilizado para brindarleresistencia a la corrosin a una

determinada pieza, tambin para que aumente su resistencia a la abrasin,

para mejorar su esttica, entre otras funciones.
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Una de las aplicaciones frecuentes de este procedimiento, es en la joyera, en

donde una pieza realizada con un material barato, se recubre de una capa de

oro oplata,para protegerla de la corrosin y para aumentar el valor de la pieza.

Incluso se logran recubrir piezas plsticas con capas metlicas, logrando que la

pieza tenga las propiedades del metal, en su superficie.

La electrodeposicin es uno de los procesos electroqumicos aplicado a nivel

industrial, que tiene mayor importancia en cuanto a volumen deproduccin,y

es tambin uno de los que causan mayor impacto econmico, ya que se logra

que piezas constituidas por material barato, tengas excelentes caractersticas

de resistencia a la corrosin, gracias a la capa metlica electro depositada.

Algunos ejemplos son el cincado electroltico, los procesos de estaado y

cromado, entre otros.

Los electro depsitos de aleaciones de zinc tienen frecuentemente mayor

resistencia a la oxidacin que los de zinc, y sustituyeron a los antiguos

recubrimientos con cadmio, metal potencialmente txico.

Un ejemplo de electrodeposicin fcil de realizar en cualquier laboratorio, es la

electrodeposicin de cobre sobre un clip.

Slo necesitamos un trozo de cobre, una solucin de sulfato de cobre, un clip y

una fuente de corriente continua. El dispositivo se armar como se ve en la

figura de abajo.
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El trozo de cobre actuar como nodo, oxidndose para brindar iones cobre a

la solucin, mientras que los iones cobre de la solucin se reducirn y se

depositarn sobre el clip, que actuar como ctodo.

II. Objetivos

Recubrir materiales metlicos con cobre (cobreado). Los alumnos

comprobarn la evolucin del proceso mediante clculo de espesores de

recubrimiento y registro de pesos.

Extraer el cobre de soluciones sulfatadas utilizando la deposicin

electroltica.

Identificar las reacciones que intervienen en el proceso.

Determinar la densidad de corriente y el consumo prctico de energa

elctrica.

Visualizar las reacciones electrolticas y relacionar los productos

obtenidos con las leyes de la electroqumica.

III. Materiales y equipos

Sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4.5H2O).

Vasos pirex de 400 y 1000 ml.

Un vaso de precipitados es un simple contenedor de lquidos, usado muy

comnmente en el laboratorio. Son cilndricos con un fondo plano; se les

encuentra de varias capacidades, desde un mL hasta de varios litros.

Normalmente son de vidrio (Pirex en su mayora) o de plstico. Aqullos cuyo


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objetivo es contener cidos o qumicos corrosivos, tienen componentes de

Teflon u otros materiales resistentes a la corrosin. Suelen estar graduados,

pero esta graduacin es inexacta por la misma naturaleza del artefacto.

Pipeta.

La pipeta

Es un instrumento volumtrico de laboratorio que permite medir alcuotas de

lquido con bastante precisin. Suelen ser de vidrio. Est formado por un

tubo transparente que termina en una de sus puntas.

Multimetro

Clip

Alambre de cobre

Agua destilada


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IV. Procedimiento experimental

4.1. Datos

Peso inicial del ctodo (clip) = 1.4 g.

Peso final del ctodo = 1.4 g.

Volumen de solucin tomada = 250 cm3

Intensidad de corriente = 0.6 Amp

pH inicial = 1.30

pH final = 1.21

Voltaje de celda = 4.35 V cc

Tiempo de depsito = 5 min.

Superficie del clip (rea catdica) = 2(5x 4.3) = 43 cm2

PM CuSO4.5H2O = 250gr/mol

1) Se dobla una lmina de cobre por un extremo para que pueda

sujetarse al borde del recipiente que contiene la disolucin de sulfato

de cobre, pero sin introducirlo todava dentro de dicha disolucin.


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2) Se desdobla una vez un clip metlico para que aumente la superficie

de contacto con la disolucin de sulfato de cobre, dejando una parte

doblada para que pueda sujetarse al borde del recipiente, pero sin

introducirlo todava dentro de dicha disolucin.

3) Se pesan el clip y el cobre en balanza de al menos 2 cifras

decimales, anotando las correspondientes masas en el cuadro de

resultados. Para esta operacin se manipulan ambas piezas conunas pinzas. Las balanzas no se deben mover de su posicin al

pesar.


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4) Se colocan la lmina de cobre y el clip dentro del recipiente con

disolucin de CuSO4 1M, evitando que se toquen entre ellos y de

forma que la parte doblada ms pequea quede fuera del bote y la

parte ms grande quede introducida dentro del sulfato de cobre.

5) Se conecta el cable unido al polo negativo de la pila (el que termina

en una pinza) al objeto que vamos a recubrir (clip), evitando que la

pinza entre en contacto con la disolucin de sulfato de cobre.


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6) Se conecta al multmetro (4.35 voltios) el cable unido al polo positivo

de la pila.

7) Se pone a cero el cronmetro o reloj.

8) Se conecta un segundo cable, por su extremo acabado en pinza, a

la lmina de cobre y quedar cerrado el circuito por tanto hay que

estar muy atentos para poner en marcha el cronmetro.


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9) Se deja que se produzca la electrodeposicin durante 10 minutos,

anotando el valor de la intensidad de corriente que circula a los 5

minutos (I5) y al final del proceso (I10).

10) Una vez transcurridos 10 minutos (anotar el tiempo exactamente

transcurrido expresndolo en segundos) se abre el circuito

desconectando cualquiera de los cables, para que deje de circular la

corriente (el cronmetro apagado no significa que la corriente deja de

pasar).


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11) Se sacan la lmina de cobre y el clip, lavndolos con un poco de

agua bajo el grifo para eliminar el sulfato de cobre. Observad el

aspecto de ambos. Se secan con un trozo de papel con cuidado de

no rascar el cobre depositado en el clip.

12) Se pesan en la misma balanza que al principio y se anotan las

masas en el cuadro de resultados.


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4.2. Resultados


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4.2.1. Explicar por que cambia el pH del electrolito antes y despus de la

deposicin de cobre.

Reaccin total: CuSO4 + H2O = O2 + Cu + H2SO4

El pH del electrolito cambia debido a la presencia iones Hidrogeno (H+) producidos por

la descomposicin del agua como se observa en la reaccin andica, este Ionhidrogeno reacciona con el Ion sulfato, produciendo cido sulfrico (H2SO4), como se

puede observar en la reaccin molecular total, haciendo ms cido el pH del electrolito

debido a que:

pH= - log[H+]

4.2.2. Calcular la densidad de corriente en amperios por m2 de superficie

catdica.


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La densidad de corriente catdica para una celda de electrodeposicin est dado por:

donde:

I: intensidad de corriente, Amp. = 0.6 Amp

N: N de ctodos en la celda = 1

S: rea de la superficie del ctodo en contacto con el electrodo, m2 = 43 cm2

S = 43 cm2 = 0.0043 m2/catodo

4.2.3. calcular el porcentaje de eficiencia de corriente para la deposicin de

cobre.

La eficiencia de corriente (i) est dado por: donde:

m : masa real del Cu deposito = 21.480g 20.857g = 0.623 g

m : masa terica del depsito catdico. m = k. I. t; donde:

I = 0.6 Amp

t = 5 min.

k : equivalente eletroqumico

M : peso de 1 mol del Cu depositado = 64 g

Z : n de electrones en la reaccin electroqumica para depositar 1 mol de Cu = 2

F = constante de Faraday = 96500Ampseg.


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4.2.4. Calcular el consumo practico de energa elctrica en KW-Hrs/ton. de

cobre.

El consumo prctico de energa est dado por: , [Kw-hr/TM]

Dnde:

Et : voltaje de celda = 4.35 V

k = 1.1938 g Cu/ Amp-hr

i = 0.87


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V. Conclusiones

que se deposita como una fina capa de color rojizo en la superficie de la clip.Existe adems una relacin simple entre la cantidad de electricidad que pasa a

travs de la celda electroltica y la cantidad de sustancia depositada en el

ctodo. Ambas cantidades son directamente proporcionales (ley de electrlisis

de Faraday).

elda electroqumica est basada en la oxidacin - reduccin donde se

produce un cambio en los iones de oxidacin de las sustancias. Los electrones

tienen que fluir por el circuito externo desde el electrodo negativo al positivo.

En el electrodo negativo tiene lugar la oxidacin y la reduccin se verifica en el

electrodo positivo. Al sumar las reacciones de oxid. y red. Resulta la celda.

rango establecido en la teora (4-4. V) pero se obtuvo un error muy pequeo

esto talvez fue debido a una mala medicin o uso del multmetro, o no poner

fijamente los electrodos en su lugar, aun as el error fue demasiado pequeo

mientras ms

diluida es la solucin, el potencial decrecer.

recipientes bien limpios, pues el potencial vara con la concentracin.


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VI. Sugerencias

Se podra sugerir modificar las variables para poder observar su interaccincon el medio as determinaremos cual de ella puede hacer ms efectivo el

proceso.

poder mantener el % de recuperacin de cobre.


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VII. Bibliografa

Fundamentos.Vol. 1. Ed. Sntesis, S.A. Madrid, Espaa.

Eu Cobre. 1 Edicin. Ed.

Limusa. S.A. Mxico.

Limusa, S.A. Mxico.

McDonald and S.H. Langer. "Cupric Chloride Leaching of Model Sulfur

Compounds for Simple Copper Ore. Concentrate". Met.Trans. B, 14B (1983),

559-570.

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