14.02.2020

Электролиз меди в домашних условиях

Электролиз меди

Вот и теперь можно приступать ко второму этапу.
Идем на рынок и вымениваем у дикарей на бумажные прямоугольнички зарядное устройство для мобилки.

Раскладываем монеты большой живописной композицией, чтобы глазу было приятней.

Выбираем первого подопытного.

Цепляем его на «кипящий» электрод, подвешиваем в растворе и только после этого включаем зарядник в розетку.

Сначала внешне ничего не происходит. На монетке появляются одинокие пузырьки.

Спустя пару минут процесс начинает идти бодрее. Монетка буквально кипит.

Пусть кипение вас не пугает — на самом деле, ничего не кипит.
Это под воздействием электричества высвобождается атомарный водород.

Задача данного этапа обработки — содрать верхний слой окислов, убрать неравномерную патину, что называется «выровнять» поле монетки.

Процесс очистки идет от краев к центру монеты.
Как видно на фото, сначала высветляются края монеты, но постепенно светлая область продвигается к центру.

В процессе монетку можно переворачивать, доставать, чистить щеткой и т.д.
Но лучше ее не трогать, пока она окончательно не высветлится.
Это займет от 3 до 10 минут, в зависимости от размера монеты.
В любом случае, время здесь не играет особой роли, даже если передержать.
Однажды я забыл монетку на ночь — так с ней ничего страшного не случилось.

Тем временем отбираем другие монеты.

Вот, например, 2 копейки, которые даже предварительно не пришлось варить в соде.
Поле монеты покрыто плотным слоем некрасивых черных окислов, а зеленые окислы отвалились сами.
С таким толстым слоем есть шанс после очистки получить рыхлую поверхность, изъеденную кавернами, словно губка.

Окислы ведь откуда берутся?
Медь забирается из поля монеты, верно.
Чем толще окислы — тем выше шанс после их удаления увидеть на монете «лунную поверхность».

Двушка Александра Первого.

азнообразие окислов — черных, рыжих и красных, говорит нам о том, что с этой задачей справится только электролиз.

Еще одна двушка.

По черному полю часто выступили красные окислы.
А красные окислы — это такая дрянь, которая обнаруживается под зеленкой, и смыть ее практически ничем невозможно. Кроме электролиза, разумеется.
И в местах ее появления, скорее всего, окажутся каверны.

А вот и монетка с неочищенной зеленкой.

Почему — вы сейчас сами увидите.

Подключаем монетку и наблюдаем, что с ней происходит.

Мы видим, что поле, освобожденное от зеленки уже высветлилось, в то время как места, покрытые зеленкой, только начинают отходить.
Это значит, что процесс идет неравномерно.

В итоге мы получаем такую монету.

Зеленые окислы под воздействием электричества частично сошли.
Но места, где они располагались, отмечены темными пятнами, которые удалить теперь невозможно ничем.
Более того, в тех местах, где окислы были особенно плотными, они преобразовались в какую-то черную дрянь, наводящую на мысли, что монета горела.

Иногда преобразование окислов заходит и еще дальше.
Они начинают восстанавливаться до маталла, и тогда монетке кранты — она покрывается сетью медной паутины, которая представляет собой единое целое с монетой.
Монету можно смело выбрасывать.

Именно поэтому я настаиваю на удалении всех окислов до электролиза.

Вода в банке к концу очистки выглядит не хуже Океана из «Соляриса» Тарковского.

На дне банки скапливается черно-зелено-синяя муть, а на поверхности плавает рыжий жир.

Электрод представляет собой не менее фантастическое зрелище.

После очистки электрода (исключительно щеткой, ни в коем случае не руками!), он представляет собой унылое зрелище.

Весь металл истончился и изъеден так,словно ножичку лет триста, не меньше.

Вот, собственно, и очищенные монетки — то, ради чего мы пыхтели.

Теперь их можно бросить на полку, потереть в руках или натереть об сукнину, или запатинировать любым удобным для вас способом.

Максим Черных, Антиквар32.ру
Копирование материалов разрешено только с указанием источника.

Каталог
Металлоискатели
Пинпоинтеры
Катушки для МД
Поисковые магниты
Аксессуары

Информация
Способы оплаты
Доставка
Trade-in
Контакты

Контактный телефон:
8 (800) 100-81-84

Адрес:
г. Москва, Волгоградский пр. 32к.8 ТЦ ТехноХолл

Электролиз

Данный процесс широко применяется в промышленности. Без него практически невозможно представить производство цветных металлов и некоторые отрасли химической промышленности, в частности основу технологии изготовления меди, алюминия, цинка и ряда других химических элементов составляет электролиз. Кроме того, он играет важную роль при получении водорода, кислорода и хлора.

Что такое электролиз

Под данным явлением понимается совокупность физических и химических процессов, которые осуществляются в электролите (специальном растворе или расплаве проводящей жидкости) при направленном воздействии на него электрического тока. В результате электролиза на электродах образуются молекулы металлов, содержащихся в первоначальном веществе.

История данного явления начинается с конца XVII-начала XIX века, когда были проведены первые опыты в электрохимии. Сама наука появилась благодаря исследованиям Л. Гальвани (в честь него названо одно из применений описываемого процесса – осуществление гальванического покрытия для придания веществам дополнительных свойств). Не менее важную роль сыграл и А.Вольт, который изобрел первый химический источник тока.

Читать еще: Где применяется медь

В основе физико-химического явления лежат два закона Фарадея. Первый – утверждает, что масса вещества, которое аккумулировалось на катоде или перешло с анода в электролит, прямо пропорциональна объему электричества, которое было проведено через жидкость. Второй закон Фарадея гласит, что масса вещества, произведенного с помощью электролиза при определенном количестве электричества, прямо пропорциональна атомной массе и обратно пропорциональна валентности.

Процессы, происходящие при электролизе

Эффект от применения описываемого процесса объясняется возможностью осуществления химических реакций под воздействием электрического тока. Сама технология образования новых частиц состоит из нескольких операций:

Перемещение ионов (положительно заряженные частицы мигрируют к катоду, а отрицательные – к аноду);
Диффузия ионов, которые, попадая на электроды (катод и анод), разряжаются и начинают хаотично перемещаться;
Химические реакции при контакте электродов и электролита, а также образуемых молекул веществ между собой.

Все это делает саму технологию очень сложной и требующей постоянного контроля со стороны специалистов. Основным же преимуществом такого способа изготовления металлов является его относительная экономическая эффективность, а также в некоторых случаях невозможность получить химический элемент другим методом.

Электролиз расплавов

Устройства, в которых происходит реакция, и производятся технологические операции, называются электролизерами. Чтобы получить в результате описываемого физико-химического процесса нужное вещество, необходимо правильно подобрать электроды и электролит. Главным требованием к электроду является его проводимость, поэтому чаще всего в электролизе в качестве электродов используются стержни из неметаллических веществ, например, из графита или углерода.

Положительно заряженный электрод называется анодом. К нему притягиваются анионы – частицы с отрицательным зарядом. В результате данной реакции он окисляется (растворяется в электролите), поэтому вещество, из которого изготовлен анод, должно быть таким, чтобы в результате попадания его в раствор процесс получения химических элементов не нарушился, и ненужные частицы не испортили качество готовой продукции.

Электролиз расплава на примере получения натрия и хлора

Отрицательно заряженный электрод называется катод. Он является центром притяжения для катионов, которые и наносят на него покрытие из металла, содержащегося в расплаве. Таким способом осуществляется либо производство необходимых химических элементов, либо покрытие изделий каким-либо веществом, содержащимся в расплавленной соли.

Ключевым отличием электролиза расплавов от аналогичного процесса с растворами является то, что при изготовлении химических элементов из расплавов солей в реакции участвуют только ионы самого вещества. Примерами электролиза данного типа является производства натрия, при котором на аноде будет аккумулироваться газ «хлор», а на катоде – необходимое вещество. Данный метод применяется при получении щелочных химических элементов, поскольку они легко растворяются в воде, и выделять их из раствора для них очень сложно. К таким металлам относятся кальций, натрий, литий и другие.

Электролиз растворов

Чаще всего описываемым методом производятся медь и алюминий. При их получении из растворов необходимо помнить, что в этом случае в химической реакции участвуют еще молекулы воды, что может как помочь, так и помешать.

Начинается электролиз меди или других металлов, получаемых из раствора, также с подбора катода и анода. Требования к ним предъявляются абсолютно аналогичные: желательно, чтобы анод был инертным (при растворении не образовывал примесей), а катодом может быть любая металлическая пластина или стержень с соответствующим зарядом.

Электролиз меди из раствора

Далее в электролизер помещается раствор необходимой соли (для электролиза меди используется раствор медного купороса), и через него пропускается ток. По завершении химико-физической реакции анод растворится (как правило, для него используется графитовый стержень, но в производствах, требующих высокой чистоты получаемых химических элементов, может применяться и платина), а на катоде появится темно-красный налет – это медь, которую теперь можно использовать в других отраслях промышленности после переработки.

Таким способом можно получать и газы, причем даже в домашних условиях. Для этого необходимо взять раствор пищевой соды, поместить в него электроды и воздействовать на него электричеством. В результате около анода электролит начнет пузыриться – это выделяется кислород. Водород будет аккумулироваться на катоде. Причиной этого является то, что к аноду притягиваются отрицательно заряженные ионы ОН, в которых содержится кислород, а к катодам – положительно заряженный водород. Данная реакция возможна только при использовании растворов, поскольку в расплавах молекул воды не содержится, а значит, не будет такого выделения водорода и кислорода.

Применение электролиза

Законы электрохимии активно используются в промышленности при производстве различных веществ. Причем некоторые из них получаются в результате восстановления на катодах, а другие – путем окисления на анодах.

Применение электролиза в настоящее время можно увидеть в следующих областях и направлениях:

Получение необходимых химических элементов;
Производство металлов, особенно популярным является электролиз меди и алюминия;
Очистка различных веществ от примесей;
Изготовление сплавов;
Покрытие поверхностей (цинком, хромом, серебром, золотом и так далее), данные операции приобрели особую популярность в настоящее время);
Лечение людей с помощью аппаратов для электрофореза, диализа и так далее.

Читать еще: Как очистить медь от изоляции

Примеры применения электролиза

Исследования электролиза для расширения возможностей его применения продолжаются. В частности металлы для повышения их прочности могут покрываться различными защитными пленками. Это позволяет помещать их в агрессивные среды, создавая новые механизмы и двигатели. Применяется данная технология и для заточки медицинских инструментов, а также при очистке воды в химической и медицинской промышленностях. Таким образом, электролиз является одним из самых популярных способов применения тока в промышленности, ведь некоторые технологические операции стали возможны только после открытия законов Фарадея и проведения опытов Гальвани.

Видео

Скоростное наращивание меди.

Необходимость скоростного наращивания меди связано с процессом изготовления сложных деталей, в основе которого лежит явление гальванопластического копирования, открытого в начале XIX века (см.«Что такое гальванопластика? Часть1»).

Для наращивания меди применялся сульфатный электролит, основой которого являлись медный купорос и серная кислота. Это – наиболее простой и исследованный процесс, который до сих пор используется умельцами в домашних условиях (см. «Как выбрать электролит меднения?»).

Недостаток сернокислого электролита в том, что он не позволяет нанести качественное покрытие непосредственно на стальные детали, вследствие выпадения контактной меди, образующей рыхлый осадок, плохо сцепленный с поверхностью, тогда как гальванопластика подразумевает возможность получать комбинированные детали из различных металлов и неметаллов (см. «Металлизация пластмасс. Часть1»).

Поэтому состав электролита дорабатывался с целью получения необходимой адгезии, качественного равномерного покрытия и при этом достаточно скоростного наращивания.

Изготовление декоративных изделий методом наращивания меди.

В конце XIX века был разработан электролит на основе цианистой соли меди. До сих пор этот электролит позволяет получать самые качественные равномерные медные покрытия. Но он является очень ядовитым и требует особые меры предосторожности.

Достойной заменой цианистым электролитам меднения стал пирофосфатный электролит, как наиболее экологически безопасный. Медь из прирофосфатного электролита можно осадить непосредственно на сталь, алюминий, молибден и прочие металлы, но для гальванопластического толстослойного наращивания он не подходит, т.к. скорость осаждения меди не превышает 3 – 4 мкм/час.

Решить вопрос скоростного наращивания меди позволила разработка электролита, который, как и сернокислый, состоял только из двух компонентов, но серная кислота была заменена органической кислотой – сульфаматной.

Первоначально электролит для наращивания меди содержал: 240 – 260 г/л сульфамата меди и 50 – 60 г/л сульфаминовой кислоты. При оптимальной температуре 25 – 30ºС электролит позволял осуществлять наращивание меди до 2 мм без внутренних напряжений, что уже было очень большим достижением.

Конструктивные элементы, изготовленные медной гальванопластикой.

Однако, при высоких плотностях тока по контуру покрываемых деталей происходило образование дендритов. Для устранения этого недостатка в электролит вводится добавка пирофосфата калия, анион которого, адсобируясь на поверхности катода, частично ее перекрывает, вследствие чего устраняется явление денритообразования.

В результате для наращивания меди толщиной до 8 мм оптимальным выбран электролит состава, г/л:

Сульфамат меди 240 – 260

Пирофосфат калия 2,5 – 5

Кислота серная 80 – 100

температура 22 – 30ºС,

катодная плотность тока 2,0 – 4,0 А/дм 2 (без перемешивания) или 4,0 – 8,0 А/дм 2 (с перемешиванием).

При увеличении концентрации сульфамата меди скорость наращивания меди увеличивается. Изменение концентрации кислоты, а следовательно, pH раствора (в указанных пределах) практически не влияют на скорость наращивания меди, а повышение температуры, наоборот, приводит к значительному увеличению скорости осаждения покрытия. Присутствие в электролите пирофосфата калия не позволяет рекомендовать проведение электролиза при температуре более 40ºС.

Методом гальванопластики путем наращивания меди можно изготавливать конструктивные элементы СВЧ и КВЧ устройств, декоративные изделия, копии с гипсовых отливок и скульптур.