ELECTRODEPOSICION DE ZINC EN MEDIO ALCALINO

ELECTRODEPOSICION DE ZINC EN BAO ALCALINO

1. OBJETIVOS:

Realizar la electrodeposicin de Zinc, en bao alcalino, sobre una probeta de bronce, variando la intensidad y el tiempo.

Determinar el rendimiento o eficiencia catdica, tomando como referencia la 1era ley de Faraday.

Analizar, discutir y explicar los resultados obtenidos.

2. MARCO TEORICO:

ELECTRODEPOSICION DE ZINC ALCALINO

Bao de zinc alcalino

Los baos de zinc alcalino estn compuestos de:

Cianuro de Sodio (NaCN)..9.0g/lt

Cianuro de zinc ( ....37.5g/lt

Hidroxido de Sodio (NaOH)..90.0g/lt

Esta composicin constituye un bao simple de zinc para depsitos opacos, para

obtener un deposito de zinc brillante se agrega un abrillantador. Los tipos de

baos son: el bao simple para depsitos opacos; baos que contienen pequeas

cantidades como el cobalto, niquel, molibdeno y que producen depsitos

relativamente blancos; baos con aditivos organicos que producen depsitos

brillantes.

CARACTERISTICAS

En los baos cianurados se obtienen depsitos de granos finos.

Sin importar el pH, el zinc es siempre mas negativo que el hidrogeno.

En baos cianurados, el potencial reversible para la reaccin es:

Consecuentemente el hidrogeno compite con zinc por reducirse, disminuyendo la

eficiencia.

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Solucion electroltica

Cuando se agrega cianuro de sodio, el cianuro de zinc se disuelve para producir

una sal compleja, cianuro de zinc-sodio, como sigue:

Por otro lado cuando usa hidrxido de sodio, con el cianuro de zinc produce un

zincato y cianuro de sodio:

Existiendo un equilibrio en la solucin de acuerdo a:

O

Mecanismo de deposicin

Recientes estudios muestran una deposicin de tres reacciones tipo EQE, como

sigue:

En esta ltima lnea de las reacciones a baja densidad de corriente (o

sobretensin)

la reaccin qumica es la etapa determinante de la velocidad,

mientras que a alta densidad de corriente (o sobrepotencial), la ltima

reaccin electroqumica es la determinacin de tarifa.

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IMPORTANCIA Y USOS

La electrodeposicin de zinc alcalino, comnmente llamado zincado, es un mtodo

de recubrimiento artificial para mejorar la resistencia a la corrosin del acero (y de

las aleaciones del hierro).

La extensa proteccin contra la corrosin del deposito de zinc y las propiedades

de sacrificio de este metal son extremadamente importante si hay defectos o

imperfecciones en la capa de pintura. Los baos de cianuro de zinc se usan

debido a su alto poder de penetracin y su capacidad para producir un atractivo

brillante, el objetivo principal de los recubrimientos de zinc es la proteccin del

acero. El zincado brillante requiere que el bao este libre de impurezas de metales

pesados. Potenciales de reduccin de zinc y hierro:

SOBRETENSION O SOBREPOTENCIAL

Es el potencial que se debe de aplicar a una celda electroltica, adems del

potencial terico, para que se libere una determinada sustancia en un electrodo.

Su valor depende del material, de la densidad de corriente, estado de la superficie,

concentracin de la disolucin, presin y temperatura. Es un efecto cintico que se

produce porque el proceso de transferencia de electrones en los electrodos posee

una cierta energa de activacin. Resulta especialmente importante en la

liberacin de gases como el H2 y O2.

Otro concepto equivalente lo menciona como el desplazamiento del potencial de

un electrodo de su valor de equilibrio al paso de un corriente atraves del mismo.la

sobretensin es una medida de la polarizacin del electrodo a consecuencia del

proceso que tiene lugar en el durante el paso de la corriente

Por ejemplo, en la electrolisis de una disolucin de iones Zn , en el ctodo debera

de liberarse hidrogeno (E =0.00) con mayor facilidad que el zinc (E =-0.76). Sin

embargo, la elevada sobretensin del hidrogeno sobre el Zinc (cerca de 1V en las

condiciones apropiadas) hace que en el ctodo se obtenga un deposito de Zinc

La explicacin del fenmeno se puede observar claramente en la siguiente figura

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DIFERENTES TIPOS DE SOBREPOTENCIAL

En las electrdicas, la velocidad del proceso total est determinada por la del paso ms lento.

En el caso en que el paso ms lento sea el de transferencia, el comportamiento cintico de la reaccin electrdica se refiere diciendo que sta presenta sobrepotencial de transferencia.

Si el paso ms lento, y que determina la velocidad del proceso total es el de difusin,, el comportamiento cintico correspondiente se refiere como de existencia de sobrepotencial de difusin.

En el caso en que el paso que determine la velocidad del proceso total sea otro, se tienen otros comportamientos cinticos para la reaccin electrdica conocidos como sobrepotencial de reaccin, de cristalizacin, etc., en dependencia de que el paso ms lento sea una reaccin qumica, un proceso de cristalizacin, etc.

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Variando las condiciones experimentales en que ocurra la reaccin, puede variarse la naturaleza del paso determinante de la velocidad total y, por tanto, el tipo de comportamiento cintico del sistema, esto es, el tipo de sobrepotencial presente.

Los tipos de sobrepotenciales mas conocidos son:

- Sobrepotencial de activacion: Es la sobretensin que se origina a travs de la doble capa en una interfase electrodo disolucin y que en consecuencia, afecta directamente al proceso electrodico alterando su energa de activacin.

- Sobrepotencial de concentracin Esto se debe a que los iones que son oxidados y reducidos en la inmediata vecindad de la superficie del electrodo va hacindose menor que en el seno de la disolucin, lo que obliga a aplicar para la electrolisis un voltaje mayor que el que sera necesario.

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- Sobrepotencial por resistencia Se producen debido a la capa de electrolito que rodea el electrodo , pelculas de recubrimiento o precipitados sobre la superficie del ctodo. En algunos casos se pueden formas pelculas de oxido dielctrico que pueden elevar el potencial a varios de centenares de voltios.

- Sobrepotencial por cristalizacin La inclusin o supresin de un tomo en lared cristalina determina la velocidad en una reaccin de oxidacin o reduccin. POTENCIA DE DEPSITO No es suficiente producir depsitos que tengan la apariencia y las propiedades deseadas, sino que tambin debe de ser capaz de aplicar estos recubrimientos en tal forma que cubran completamente el artculo mediante la pelcula metlica en tal forma que esta sea casi completamente uniformes en espesor. El termino potencia de depsito fue utilizado como una medida cualitativa acerca de la posibilidad que tenan de depositar un metal determinado sobre la superficie completa de un articulo. Este significado se expresa mejor mediante el trmino PODER CUBRIENTE. Los factores que determinan la distribucin de los depsitos metlicos , no son bien conocidos pero se podran ser:

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- Distribucin primaria de la corriente Se le denomina as a la distribucin de la corriente producida de acuerdo a la posicin del artculo con respecto a los nodos, a las paredes del tanque y a los ctodos.

- Efecto de la polarizacin La polarizacin aumenta al aumentar la densidad de corriente por lo tanto, en un artculo de forma irregular, la polarizacin es mayor en los puntos de ms alta densidad de corriente. Este hecho hace ms difcil que la corriente llegue a esos puntos que si no hubiera polarizacin.

- Efecto de la conductividad Se sabe que la distribucin primaria de corriente en un sistema dado no esta influenciado por la conductividad del bao. Sin embargo, cuando hay una polarizacin apreciable (como en la mayora de baos galvnicos) por lo que aumenta la conductividad de la solucin y por ende una mejor distribucin de la corriente.

- Efecto de la eficiencia catdica Si la eficiencia catdica aumenta la densidad de corriente entonces la distribucin del metal ser menos uniforme, sin embargo como sucede en algunos baos si la eficiencia catdica disminuye con la densidad de corriente la deposicin del metal es ms uniforme y por lo tanto la potencia de depsito aumenta.

3. DATOS Y RESULTADOS:

Tabla N1. Datos recogidos en el laboratorio

Masa depositada(gr)

I(A/dm2) 60 90 120

1 0.01 0.019 0.023

1.5 0.019 0.03 0.037

2 0.023 0.037 0.043

2.5 0.025 0.042 0.047

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Graficando la tabla anterior

Grafico N1. Masa depositada vs j(A/dm2)

Calculando la eficiencia catdica

M depositada teorica= I *t*(Peso equivalente)/ F

=1 A*60 s*(65.39/2)/96500 C

=0.020g

Eficiencia catodica catdico=( Masa depositada real/ masa depositada terica )* 100%

= 0.010/0.020 * 100

=49.2 %

Realizando el clculo similar para lo dems datos obtenemos los siguiente tabla

Tabla N2. Eficiencia catdica de la experiencia del laboratorio

Eficiencia catdica

I(A/dm2) 60 90 120

1 49.1845056 62.3003738 56.5621814

1.5 62.3003738 65.5793408 60.6608902

2 56.5621814 60.6608902 52.8733435

2.5 49.1845056 55.0866463 46.2334353

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

1 1.5 2 2.5

mas

a d

ep

osi

tad

a

J(A/dm2)

Masa depositada vs J

tiempo120s

tiempo 90

tiempo60s

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Graficando la anterior resultados para una para Intensidad constante, luego para

un tiempo constante, tambin la grafica de velocidad de deposicin

Grafico N2 Eficiencia catdica vs tiempo, para distintas intensidades constantes

Grafico N3 Eficiencia catdica vs densidad de corriente a distintos tiempos

40

45

50

55

60

65

70

0 50 100 150

Re

nd

imie

nto

Tiempo(s)

Eficiencia vs tiempo

1 a/dm2

1.5 A/dm2

2A/dm2

2.5A/dm2

40

45

50

55

60

65

70

1 1.5 2 2.5

ren

dim

ien

to

J(A/dm2)

Eficiencia vs J

tiempo 60s

tiemmpo 90s

tiempo120s

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Grafico N4 velocidad de deposicin vs densidad de corriente, a distintos tiempos

4. DISCUSIN DE RESULTADOS:

Anaisis Grafica numero 1 (Masa depositada vs j(A/dm2))

Se puede apreciar que a una intensidad de trabajo la masa depositada

en el electrodo es proporcional al tiempo de trabajo, pero algo que es

apreciable es que no hay una relacin lineal entre tiempo de trabajo y

masa depositada en el electrodo para una misma intensidad como asi lo

predecia la ecuacin de Faraday.

Anlisis de la grfica numero 2 (eficiencia catdica vs tiempo, para distintas

intensidades constantes):

Se puede apreciar que no hay relacin de proporcionalidad entre la

eficiencia e intensidad para un mismo tiempo de trabajo y tampoco la

hay entre eficiencia y tiempo para una misma intensidad de trabajo.

Tambien podemos ver que la mxima eficiencia lograda es 65.57% y la

minima es 46.23%

Otra cosa que apresiamos es que las altas eficiencias se logran con la

lnea roja correspondiente a 1.5 Amp. Y las bajas eficiencias se logran

con las lnea lila correspondiente a 2.5 Amp.

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Ve

loci

dad

(gr/

h)

J(A/dm2)

Velocidad de deposicion vs J

tiempo 60s

tiempo90s

tiempo120s

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Anlisis de la grfica numero 3 (eficiencia vs densidad de corriente):

Se observa que, para una misma intensidad, la eficiencia mayor se da

en un tiempo t=90 s confirmando as que un mayor tiempo de electrolisis

no necesariamente implica una mayor eficiencia, esto sucede debido a

que la que la concentracin de los iones metlicos (en este caso el

Zn2+) en bao electroltico disminuye con el tiempo.

Si observamos para un mismo tiempo, la mxima eficiencia se

encuentra en J= 1.5 Amp/dm2, en la experiencia se observ que a

partir de 1.5 en adelante la formacin de hidrogeno en la superficie

catdica se haca ms intensa al aumentar la densidad de corriente,

debido a esto la eficiencia decrece para valores muy altos de J, ya que

la corriente ya no se usa para producir el recubrimiento sino que acta

en favor de la formacin de hidrogeno, acentundose en tiempo debido

a la disminucin de la concentracin mencionada tambin en el punto

anterior.

Anlisis de la grfica numero 4(velocidad de deposicion vs densidad de corriente):

Se observa que para un mismo tiempo, la velocidad de deposicin sobre

la superficie catodica se incrementa cuando se incrementa la densidad

de corriente, pero no significa que se consiga mayor eficiencia, solo se

consigue una mayor cantidad en un mismo tiempo.

5. CONCLUSIONES:

La masa depositada es proporcional al tiempo de trabajo.

La eficiencia de trabajo cambia con el avanze de tiempo porque las

caractersticas de la superficie del electrodo cambia con la masa

depositada.

A mayor tiempo de electrolisis, la eficiencia del proceso disminuye

El aumentar la intensidad del proceso electroqumico no implica una mayor

eficiencia, por el contrario se produce la generacin de hidrogeno,

disminuyendo asi la eficiencia.

Aumentar la densidad de corriente nos ayuda a conseguir una mayor

cantidad de masa depositada en un proceso para un tiempo determinado,

mas no implica mayor eficiencia.