Муниципальное
бюджетное общеобразовательное учреждение муниципального образования город
Краснодар
средняя
общеобразовательная школа № 78 имени Героя Российской Федерации
Николая Николаевича
Шевелева
Индивидуальный
итоговый проект
на тему
«Гальваностегия»
тип: исследовательский
Автор: Кляузер Ева Алексеевна ученица 10
«В» класса
Руководитель:
Скрипка Людмила Федоровна учитель МБОУ СОШ № 78
г.Краснодар
Краснодар 2024
Содержание
Введение………………………………………………………………..….. 3
Глава 1. Технология гальваностегии
1.1 Понятие о гальваностегии……………………………………..…..…..4
1.2 Гальванопластическая установка…………………………………..….5
1.3 Электролиты в гальваностегии……………………………………..…6
1.4 Техника безопасности……………………………………………….…9
Глава 2. Серебрение кольца.
2.1 Приготовление электролита…….……………………………………11
2.2 Подготовка изделия к серебрению………….…………….…...…….11
2.3 Сборка гальванической установки………………………….….……11
Заключение ……………………………………………………...………..12
Список использованных источников………………………...………….13
Приложения……………………………………………………………….14
Введение
Гальваностегия это
процесс покрытия любой детали из низко ценящегося метала более благородным
материалом. Процесс предназначен для придания предмету, выполненному из меди,
например, более роскошного внешнего вида. Применяя процесс гальваностегии для
бронзовых статуэток, мы получим в результате те же бронзовые статуэтки, но при
этом покрытые благородным металлов.
Изобретателем
гальванизации является русский учёный Борис Семёнович Якоби. Уже в 1838 году он
проводил первые опыты по гальваностегии в Санкт-Петербурге.
Актуальность:
Возможность в домашних условиях покрывать бижутерию благородными металлами.
Цель: В домамшних
условиях посеребрить медное украшение.
Задачи:
1.
Изучить технологию гальваностегии.
2.
Выяснить какой электролит лучше использовать для равномерного
покрытия.
3.
Собрать гальваническую установку.
4.
Изготовить электролит.
5.
Осадить благородный металл на изделие.
Гипотеза: Возможно
ли осадить благородные металлы на бижутерию в домашних условиях.
Методы исследования: наблюдение,
эксперимент, фотографирование, лабораторный опыт.
Глава 1. Технология гальваностегии.
1.1. Понятие о гальваностегии.
Гальваностегия
- это электрохимический процесс покрытия одного металла другим, благородным и
более устойчивым в механическом и химическом отношении. Точнее это
гальванический способ покрытия изделий, при котором металл выделяющийся при
электролизе, достигает толщины от 0,25 до 2 мм и повторяет форму поверхности,
на которой осаждается. В результате благородный металл полностью покрывает
изделия и оно становится более устойчиво к повреждение из-за нескольких слоев
металла на нём, становится более ценным и выглядит как ювелирное изделие.
Покрываемые
изделия контактируют с отрицательным полюсом источника постоянного тока, то
есть являются катодами. Анодами обычно служат пластины или прутки из того же
металла, которым покрывают изделие. Они контактируют с положительным полюсом
источника постоянного тока и при прохождении электрического тока растворяются,
компенсируя убыль ионов, разряжающихся на покрываемых изделиях. Происходящие
процессы изображены на схеме (См. Приложение 1)
В гальваностегии
обычно используют такие драгоценные металлы как серебро или золото. Иногда изделия покрывают слоем никеля для придания
блеска. Покрытие украшений благородными металлами не только даёт придаёт блеск
и красоту, но также защищает от коррозии. Также гальваностегию используют для
повышения износостойкости и реставрации ювелирных изделий.
1.2.
Гальваническая установка.
Гальваническая
установка необходима для проведения опытов по гальванопластике. Для неё нужна
гальваническая ванночка это может быть любой сосуд из стекла, пластмассы или
керамики. Но такая ванна должна быть достаточного объёма, чтобы в неё
помещалось не только. обрабатываемое изделие, но и нужное количество
электролита. А также она должна выдерживать температуру до 80°. Для электролиза понадобится источник постоянного
тока низкого напряжения, это может быть лабораторный блок питания с
регулируемым напряжением 1.5 — 12 В.
В качестве источника металла можно использовать пластины
из любого металла. Катод и анод укрепляют в ванночке на подвесках,
металлический электрод — на проводе так, чтобы место соприкосновения провода и
электрода не касалось электролита. Заготовка подвешивается на проволоке или
проводе, которые могут касаться электролита. Из-за этого провод или проволока
должны быть из того же металла, что и анод.
Анодом для гальванопластической ванны служит
металлическая пластина, тип металла которой, зачастую зависит от электролита.
Анод подключается к положительному полюсу источника тока.
Покрываемое изделие присоединяют к отрицательному полюсу
источника тока.
1.3. Электролиты в гальваностегии.
В гальваностегии
существуют много электролитов, так как для осаждения разных металлов нужны
разные растворы электролитов. Самым распространёнными электролитами для
серебрения являются цианидные. При их осаждении на металл происходит катодная
поляризация, что улучшает качество поверхности.
Но такие электролиты не дают
серебрения с достаточной твёрдостью поверхности, поэтому для покрытия украшений
используют специальные электролиты.
В альтернативу ядовитым
цианидным электролитам используют нецианидные растворы. Самые широко
используемые из них это:
●
сульфитный
●
роданидный
●
йодидный
●
гексацианоферратный
●
пирофосфатный
Гексацианоферратный
электролит. Характеризуется повышенной рассеивающей способностью,
гальваническое покрытие серебром матовое мелкокристаллическое. Входящий в
состав роданид калия не замедляет пассивацию и дает возможность вести процесс с
высокими показателями анодного выхода тока, метод широко применяется при крупнооптовом
производстве.
Его примерный состав:
AgNO3
.....….…….……………………………………………..25 — 30 г/л
KCNS ..…........………..……………………………………..120 — 150 г/л
K2CO3
.......................…..…..…..…..….….…..….….…..……...25 — 30 г/л
K4Fe(CN)6 * 3H2O .............….…...…...…...….….….….…….....50
— 80 г/л
Плотность тока .….…..….….…….…….….….…………...0.3 — 0.5 А/дм3
Температура ...…..……………………………………………...18 — 30 °С
Sa /
Sk ...............….…...…...…...….….....….….….…...…..……….1/1
— 2/1
Сульфитный
электролит. В раствор входит до 100 г/л комплексной соли серебра, серебрение
изделий выполняется при температуре +15 — 25 °С, плотность тока 0,2–0,3 А/дм2. Технология
предполагает перемешивание раствора во время серебрения, выход металла потоку
100%, электроды из серебра, электролит характеризуется высокими показателями
рассеиваемости, мелкокристаллические осадки легко полируются. Эти показатели
очень важны, если выполняется серебрение меди в ювелирных целях. Во время
приготовления электролита к насыщенному раствору сульфита натрия добавляется
определенное количество нитрата серебра. При перемешивании происходит
химическая реакция, в результате образуется сульфид серебра, который
впоследствии растворяется с образованием комплексной соли серебра. Этим
электролитом может покрываться латунь.
Йодидные
электролиты. В них проводится серебрение латуни, но из-за большой стоимости
метод используются редко.
AgCl …...........…..…..…..…..…...……………..……..………………..27 г/л
KI ……………………………………………………………………..400 г/л
Желатин .….……………………………………………………….1 — 2 г/л
Плотность тока .......…....…....……..…....….…..…..……...0.1
— 0.2 А/дм2
Температура……………………………………………………………25 °С
Допускается
вместо желатина использовать до 50 г/л полиэтиленполиамина. По рассеивающим
характеристикам эти электролиты отстают от гексацианоферратных, но обладают
меньшей агрессивностью, позволяют иметь плотные мелкозернистые покрытия. Для
устранения желтоватого оттенка металл рекомендуется промывать в 20% растворе
йодида калия с последующей промывкой чистой водой.
Раданидный
электролит. Серебрение меди происходит с использованием электродов из чистого
серебра, может выполняться только после предварительного серебрения. Технология
предусматривает покрытие медных проводников для радиоаппаратуры, текстолита и
керамики. Серебрение меди может выполняться во вращающихся барабанах.
Пирофосфатный
электролит. Применяется для посеребрения медных изделий сложной геометрической
формы. Покрытие блестящее.
AgNO3
......................….........…..…....…....…....…........…..…….36
– 38 г/л
K4P2O7
...................................…...............……………………...200 – 250 г/л
KCNS ...................….….…...…..…….….….………………….300 –
350 г/л
Na2SO3 ......................….........................…................……………….1
– 5 г/л
Смачиватель СВ — 104п ......…....…..…………………………0.6 – 0.8
г/л
Плотность тока .…….………….…….……….……………..0.5 – 2.0 А/дм2
Температура .…………………..………..………………………..18 – 50 °С
Величина pH ……………………………………………………….8.0 – 8.7
Дополнительная
обработка внешних поверхностей деталей. Во время процесса детали под действием
соединений серы покрываются тонкой пленкой (толщина не более 0,07мкм), что
становится причиной снижения блеска и потери декоративного вида. Для
предупреждения подобных негативных явлений детали после серебрения могут
покрываться защитным слоем цинка, хрома, кадмия, родия или лакироваться прочным
бесцветным лаком.
1.4. Техника безопасности.
Любая
гальваническая работа является опасным процессом, поэтому при её выполнении в
домашних условии нужно обязательно следовать требованиям техники безопасности.
Опасной гальванопластику делают как токсичные вещества так и высокая
температура нагрева электролита. Помещение в котором проводятся работы должно
хорошо вентилироваться.
Но
самое важное это личная безопасность, чтобы её обеспечить нам
понадобится;респиратор для защиты дыхательных путей
● резиновые
перчатки для защиты рук
● клеёнчатый
фартук
● закрытая
обувь, способная защитить от ожогов
●
маска при кипячении
Так же во время самой работы лучше не есть и не пить, чтобы
случайно не наглотаться вредных испарений.
Заключение: Мы выяснили из каких составных частей состоит
гальваническая установка и какой электролит наименее опасен и доступен для
приготовления в домашних условиях.
Глава 2. Серебрение кольца. 2.1. Приготовление электролита.
Самым
безопасным и простым для приготовления в домашних условиях является
гексацианоферратный.
Состав электролита:
Дистиллированная
вода…………………………………..……...….100 мл Жёлтая кровяная соль………………………………………….….……..5 г
Карбонат натрия………………………………………………………….6 г
Хлорид серебра
………………………………………..………...………2 г
В
100 мл воды разводим 2 грамма жёлтой кровяной соли (воды изначально нужно
добавлять больше с расчетом на то что она будет выпариваться)(См. Приложение
2). Затем насыпаем туда хлорид серебра (См. Приложение 3), после добавляем
карбонат натрия (См. Приложение 4). После мы ставим электролит греться на плиту
при температуре 60 - 90 градусов иногда мешая. Греем его до полного растворения
хлорида серебра( См. Приложение 5), то есть в растворе должна произойти
реакция:
4AgCl
+ 2K4[Fe(CN)6] + 2Na2CO3 + 3H2O + 1/202 = 4K2[Ag(CN)3] + 4NaCl + 2Fe(OH)3 +
2CO2 на дне должен образоваться бурый осадок гидроксида железа, это означает
что реакция прошла и электролит готов к использованию.
2.2. Подготовка изделия к сереьрению.
Перед
тем как подключать изделие к источнику тока и погружать его в электролит, для
того чтобы серебро лучше ложилось на изделие его нужно подготовить. То есть
отшлифовать и обезжирить.
2.3. Сборка гальванической установки.
В
качестве гальванической ванночки я использую стеклянную колбу, объёмом 250 мл
(См. Приложение 6). Источником серебра является серебряная проволока. Плюс мы
подключаем к серебряной проволоке, а минус к изделию (См. Приложение 7).
Чтобы
понять какой ток выставлять на блоке питания нам понадобится формула
I =
D * S, где I – ток в амперах, S – площадь катода в квадратных дециметрах, а D
плотность тока. Среднее значение плотности тока для серебрения в гексацианоферратном
электролите 0.5 А/дм2,
считаем площадь катода, то есть самого изделия. Она у меня равна 0,32 дм2, подставляем в формулу
и считаем
I =
0.5 * 0.32 = 0.16 А это основной рабочий ток. Но чтобы серебро ложилось плотно
и само покрытие не было мягким и непрочным, лучше изначально выставлять ток на
минимум, а затем потихоньку прибавлять.
Заключение
Целью
моего проекта было осадить серебро на медное покрыти дома, у меня это
получилось, но не с первой попытки. Электролит пришлось переделывать несколько
раз чтобы найти идеальную температуру и время за которое реакция в нем
протекает. Изделие всё ещё не идеально, но я постараюсь поработать над этим и
исправить это в будущем.
Список использованных источников
А.А.Елисеев. Б.С.Якоби. Люди и
наука. Москва «Просвещение» 1978.
Б.С.Якоби. Работы по электрохимии. Сборник статей и
материалов под ред.
Акад.А.Н.Фрумкина. Изд. АН СССР, 1957
URL:
https://impgold.ru/introduce/book/1_5/ (дата обращения 20.02.2024)
URL:
https://youtu.be/WdnShhX4LWs?si=p-f9x2oikuxMd8Ne (дата обращения 4.03.2024)
Приложение 1
Приложение 2
Приложение 3
