Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Departamento de Ingeniería Metalúrgica

Electrometalurgia

Enseñanza Experimental

Informe de

“Aleación Ni-Co”

CALIFICACION 8.5

Nº de práctica: 2

Integrantes:

Gutiérrez Hernández Ricardo

López Sánchez Jaqueline

Marcos Cardelas Verónica

Rueda Luna Gustavo Rodolfo

Grupo: 1

Objetivos.

Analizar cuál es el mejor electrolito para el electrodeposito en la aleación Ni-Co-B.

Calcular la cinética electroquímica de los electrolitos empleados

Introducción.

Una reacción electroquímica, es una serie de pasos consecutivos que involucran procesos de transporte de masa del electrolito a la superficie del electrodo, transferencia de electrones a la superficie del electrodo y reacciones químicas que pueden ser previas o posteriores a la transferencia de carga. Estas últimas se clasifican en homogéneas o heterogéneas según se produzcan en el seno de la solución o en la superficie del electrodo. Como resultado de la interacción de estos componentes, se da en términos generales un intercambio entre los electrones de los electrodos y los iones o moléculas de la solución. Para que estos procesos se puedan llevar a cabo, es necesario la aplicación de una diferencia de potencial entre los electrodos, generándose una corriente en donde los electrones fluyen desde el punto de menor potencial eléctrico (el más negativo) hacia el más positivo. Los aniones, se mueven hacia el ánodo donde ocurre la oxidación (los electrones pasan del ion al electrodo) y los cationes hacia el cátodo donde ocurre la reducción.

Para que una reacción electroquímica se pueda realizar es necesaria la polarización de los electrodos, la cual es definida como la desviación del potencial aplicado (con respecto al potencial de equilibrio el cual está dado por la ecuación de Nerst) debido al paso de corriente en el sistema. Este cambio de potencial se conoce con el nombre de sobrepotencial y es el resultado de tres componentes: sobrepotencial de resistencia, activación y concentración.

E = Eeq +

TOT = OHMIC + ACT + CONC

El sobrepotencial de concentración CONC, también conocido con el nombre de sobrepotencial de transferencia de masa o de difusión, corresponde al cambio de concentración de los iones en la proximidad del electrodo debido a la reacción que se está llevando a cabo. Cuando la reacción es rápida, hay una disminución significativa de las especies electroactivas en la superficie del electrodo con respecto al seno de la solución, generándose así dicho sobrepotencial. El potencial de activación ACT o sobrepotencial cinético, debe su origen a la energía de activación necesarios para que la transferencia de electrones se lleve a cabo. El sobrepotencial de resistencia OHMIC, es causado por la caída de voltaje (resistencia) que presenta la solución; este sobrepotencial puede ser controlado, aumentando la conductividad de la solución, el área efectiva de los electrodos o disminuyendo la distancia entre ellos.

OHMIC= IdAk

I corriente que circula por la celda (A)

A, Área efectiva de los electrodos (m2)

K, conductividad específica de la solución (mSm-1)

D, distancia entre los electrodos (cm)

La densidad de corriente (corriente por área efectiva del electrodo) es un indicativo de la velocidad de la reacción; es decir, entre mayor sea la corriente que circula mayor es la velocidad de reacción.

Para que ocurra una reacción electroquímica, los procesos más importantes que rigen el comportamiento de la reacción son:

Transferencia de carga (que involucra la reacción de transformación)

Transferencia de masa hacia y desde el electrodo

Reacciones químicas anteriores o posteriores a la transferencia de carga

“Fenómenos de superficie” que incluyen fenómenos de formación o ruptura de una red cristalina, formación de óxidos, formación de burbujas en desprendimientos de un gas.

La velocidad de una reacción está controlada por el proceso más lento es decir:

itransporte de masa > > itransporte de carga Control por transferencia de carga

itransporte de masa < < itransporte de carga Control por transferencia de masa

itransporte de masa » itransporte de carga Control mixto

El transporte de masa, se define como el movimiento de masa dentro de la solución a la superficie del electrodo debido a diferencia en el potencial eléctrico o químico. Este transporte es la suma de los siguientes mecanismos:

Migración: movimiento de los iones bajo la influencia de una campo eléctrico (gradiente de potencial eléctrico)

Difusión: movimiento de los iones bajo la influencia de un gradiente de potencial químico (gradiente de concentración) siendo proporcional a éste.

Convección: se debe al movimiento global del líquido. La convección puede ser natural, en donde la fuerza motriz son gradientes de densidad; o forzada, cuyo movimiento es causado por un agente externo, generalmente un medio mecánico.

El transporte de carga. Cuando el sobrepotencial se refiere exclusivamente a un fenómeno de transferencia de carga, es decir, al pasaje neto de cargas en un sentido definido en la interfase conductor electrónico /conductor iónico, el proceso se encuentra controlado por este fenómeno y el sobrepotencial se conoce como sobrepotencial de transferencia de carga o activación. Si el mismo es mayor que 0.12 V es posible ajustar la dependencia de la corriente con el potencial de acuerdo con la Ecuación de Tafel.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Para la realización de este estudio se utilizaron 2 diferentes equipos los cuales son: Potenciostato normal y el Generador de Barrido.

El estudio cinético se realizó en 2 diferentes soluciones: Cloruro de Níquel + Sulfato de Cobalto + Sulfato de Níquel, una solución de composición mayoritaria en Ni y HBO3, Cloruro de Níquel + Sulfato de Cobalto con una composición mayor de Ni y HBO3. Se usó una celda de 3 electrodos usando como electrodo de referencia un electrodo de Calomel saturado, como electrodo de trabajo una pieza de la aleación NI-Co-B y el electrodo auxiliar fue el de grafito.

Después de conectar nuestra celda, se aplicó un sobre potencial de 1.5 V, para las muestras. Con los datos obtenidos, graficaremos Log i v.s .Potencial (E) para obtener las curvas de polarización y a través de estas evaluar cual fue el proceso más eficiente.

RESULTADOS:

Grafica 1

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

efecto del anión

NiCl2+NiSO4+CoSO4s/HBO3 C1NiCl2+NiSO4+CoSO4s/HBO3 C2NiCl2+NiSO4+CoSO4c/HBO3 C1NiCl2+NiSO4+CoSO4 c/HBO3 C2

log|i| (A/cm2)

Pote

ncia

l, E

(mV)

Gráfica 2

-5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0efecto del anión NiCl+CoSO4

sin H3BO3 (1)

sin H3BO3 (2)

con H3BO3 (1)

con H3BO3 (2)

log|i| (A/cm2)

E (

mV

)

Como se puede observar, es más fatible controlar la estructura del depósito en la solución de NiCl2+NiSO4+CoSO4, pues la gráfica presenta los 3 tipos de transporte, en la zona de transporte de carga podemos obtener un deposito compacto, mientras que en la zona de control mixto se pueden tener dendritas y en la zona de transporte de masa tendriamos polvos.

Dependiendo de lo que se requiera obtener se puede controlar el potencial y por lo tanto la densidad de corriente de trabajo.

En el grafico No. 2 unicamente se observa una pequeña zona de transporte de carga por lo tanto se tiene solo un pequeño intervalo para obtener depositos compactos y el control por transporte de masa es el que contola este proceso esto lo pudimos corroborar con los depositos finales ya que efectivamente eran muy poco compactos y adherentes y al retirar la placa de la celda este de desprendia con mucha facilidad dando un polvo.

Ademas de que en ambos graficos realmente no se observa una dependencia del acido borico ya que con y sin la salida de corriente es la misma.

Ambos procesos estan controlados por el transporte de masa sin embargo en el grafico No. 1 se tiene una densidad de corriente mayor lo cual es indicativo de que la velocidad de reacción es más rápida que el transporte de masa.

Gráfica 3 Aditivo E42

-5 -4 -3 -2 -1 0 1

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

efecto del aditivo y su concentración

E42, 10mL/L C2E42, 12mL/L C1E42, 10 mL/L C1

log|i| (A/cm2)

Pote

ncia

l, E

(mV)

Gráfica 4

-6 -5.5 -5 -4.5 -4 -3.5 -3 -2.5 -2 -1.5 -1

-2500

-2000

-1500

-1000

-500

0

efecto del aditivo E55 y su concentración

0,1 mL/L (1)

0,1 mL/L (2)

0,05 mL/L (1)

0,05 mL/L (2)

0.2 mL/L (1)

0.2 mL/L

log |i| (A/cm2)

E (

mV

)

En el grafico No. 3 tenemos que la mejor concentración para el aditivo E42 es de 10ml ya que se tiene la mejor cinética, y por lo tanto la mayor salida de corriente sin embargo se observa que se presentan los tres tipos de control con las características que ya se mencionaron.

Para la concentración de 12ml se tiene un menor corriente y solo presenta control por transporte de carga y masa, y si la finalidad es obtener un deposito compacto se tiene un buen intervalo de trabajo , de igual forma si se requiriera obtener un deposito como polvo la zona de transporte de masa nos da un buen margen de trabajo.

Para el aditivo E55 únicamente de presentan 2 tipos de transporte de carga y de masa; es decir si se requiriera un deposito con microestructura dendrítica este no seria recomendable utilizarlo, de igual forma en este no influye la concentración del aditivo ya que la salida de corriente es la misma.

Conclusiones:

A mayor concentración de electrolito y agregando acido bórico se obtiene un depósito con mejores propiedades.

El aditivo E42 a una concentración de 10ml/l presenta una mayor densidad de corriente límite, por lo tanto se obtiene un mayor depósito de la aleación.

BIBLIOGRAFÍA

1.- Chiranjib Kumar Gupta, Chemical Metallurgy Principles and Practice, First Edition, Wiley, USA, 2003, p 695.

2.- Habashi Fathi, Handbook of Extractive Metallurgy Vol 3, First Edition, Wiley-VCH, Germany, 1997, p 1524-1525.

3.- www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0120-62302009000300007&script=sci_arttext&tlng=es