Занимательная гальванотехника - Одноралов Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
Применять гальванопластику можно и для получения металлических гербариев, делая оттиски на воске с растений и затем наращивая на восковые отпечатки металл. Можно металлизировать гальванопластическим способом цветы, семена и т. п.
Таким образом, занимательная гальванопластика в школе и дома может найти самое широкое применение не только своей занимательностью и практическим изучением электрохимии, но и созданием изделий прикладного и декоративного искусства.
Гальванопластический способ получения художественных изделий в металле отличается от литья тем, что может применяться в условиях лабораторий, физических и химических кабинетов школ, на станциях юных техников, а также в домашних условиях в отведенном и оборудованном для этого месте. Этот способ не требует сложного или недоступного оборудования и материалов; все, что требуется для выполнения гальванопластических работ, вполне может быть найдено среди школьных приборов и реактивов или на станциях юных техников, а при создании гальванопластической мастерской в домашней обстановке может быть приобретено в магазинах (медный купорос, серная кислота).
Описываемые практические работы в «Занимательной гальванотехнике» доступны каждому школьнику, знакомому с элементарными основами химии и физики.
8
ЗАКОНЫ ЭЛЕКТРОЛИЗА
Металлы, применяемые в гальванопластике, выделяются из водных растворов их солей: сульфата меди, железа и других.
Молекулы этих солей, растворяясь, подвергаются электролитической диссоциации, т. е. распадаются на ионы, несущие положительные и отрицательные заряды.
Вещества, распадающиеся при растворении в воде на ионы, называют электролитами. В технике для простоты электролитом называют самые растворы этих веществ. Если в электролит погрузить два электрода и присоединить их к полюсам источника постоянного тока (рис.1), например, к гальванической батарее или аккумулятору, причем к отрицательному полюсу подключить форму, проводящую электрический ток, а к положительному — пластину из того металла, из которого мы хотим получить металлическое изделие, то будет происходить электролиз.
При этом положительно заряженные ионы будут двигаться к отрицательному полюсу (в нашем случае к форме), называемому катодом, а отрицательно заряжен-
Катод _ Анод
Рнс. 1. Гальваническая ванна.
9
иые иоиы будут двигаться к положительному полюсу, называемому анодом.
В гальванопластике для получения медного электролита наиболее распространен медный купорос или кристаллогидрат сульфата меди CuS04'5H20. При прохождении электрического тока через водный раствор сульфата меди ионы меди (Си2+), являющиеся катионами, несут положительные заряды, а кислотный остаток (S042-), являющийся анионом, несет отрицательные заряды. В результате разряда на катоде, т. е. в форме, выделяются металлическая медь и водород, а на аноде — кислород. На катоде всегда разряжается металл, а на аноде — кислотный остаток. Поэтому при составлении электролита применяют соли, содержащие иоиы осаждаемого металла, а в качестве анода обычно применяют пластины из того металла, который хотят выделить на катоде.
М. Фарадей установил, что количества химических веществ, выделившихся на электродах, прямо пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит.
Если, например, через электролит пропустить ток силой 1 А в течение 1 ч, то на катоде выделится такое же количество металла, какое выделится при прохождении тока силой 10 А в течение 0,1 ч.
М. Фарадей установил также, что количества веществ, выделенные на электродах равными количествами электричества, относятся друг к другу как химические эквиваленты этих веществ. Эквивалентная масса равна атомной массе, деленной на валентность. Так, например, атомная масса серебра равна 107,88, а так как серебро одновалентно, то эквивалентная масса его выражается тем же числом. Атомная масса меди равна 63,57, медь двухвалентна, поэтому эквивалентная масса ее 63,57:2 = 31,78.
Для выделения грамм-эквивалента любого металла должно пройти количество электричества, равное 26,8 А-ч (ампер-часам). Таким образом, от протекания 1 А-ч согласно закону Фарадея выделяется:
1 : 26,8 = 0,0373 (г-экв)
Расчет количества различных металлов, выделяемых 1 А'Ч, приведен в таблице 1.
10
Таблица 1
Выделяемый металл Ион Грамм-эквивалент (атомная масса, валентность) Количество металла (в г), выделяемое 1 А . ч (0,0373 экв. масса)
Медь Си2+ 63,57:2 = 31,79 1,186
Никель Ni2+ 58,69 : 2 = 29,34 1,094
Железо Fe2+ 55,84 : 2 = 27,92 1,042
Золото Au+ 197,20 : 1 = 197,20 7,357
Серебро Ag+ 107,86 : 1 = 107,88 4,025
Водород H+ 1,008: 1 = 1,008 0,0376
При пользовании этой таблицей для определения количества металла, выделяющегося при определенной силе тока за какой-либо отрезок времени, надо умножить величину, взятую из последней колонки, на силу тока в амперах и на время электролиза в часах.
Так, например, для определения количества меди, выделяющейся на катоде при силе тока 8 А за 3 ч электролиза, необходимо перемножить числа:
1,186.8.3 = 28,464 г.
Таким образом, при непрерывной длительности электролиза масса отложившегося металла зависит от силы тока. Сила тока, отнесенная к единице поверхности электрода, называется плотностью тока; она измеряется в амперах на квадратный дециметр (А/дм2).
