DENEY: ELEKTROLİZ (Electroplating)
1.
AMAÇ
Bu deneyin amacı öğrencilere elektrokaplama yöntemini detaylı bir biçimde öğretmektir.
2.
TEORİK BİLGİ
Bu yöntemle iletken yüzeyler üzerine bakır, krom, altın gibi metal kaplamalar yapılabilir. Metal
kaplamalar görünümü güzelleştirmek, korozyon ve sıcaklık direnci kazandırmak ya da yüzey
sertliğini arttırmak amacıyla yapılabilir. Bazı örnekler aşağıda verilmiştir:
Krom kaplama (Yüzey sertliğini arttırır ve korozyon direnci sağlar.)
Altın ve gümüş kaplama (Dekoratif amaçlı yapılan kaplamalardır.)
Nikel kaplama (Sürtünmeyi azaltarak aşınmayı azaltır.)
Çinko-Nikel kaplama (Yüksek sıcaklıklara karşı direnç sağlar. Korozyon direnci kazandırır.)
Bakır kaplama için elektrokaplama düzeneği yukarıdaki şekilde gösterilmektedir. Üzerine metal
kaplanacak obje güç kaynağının negatif kutbuna, kaplanacak malzeme ise güç kaynağının pozitif
kutbuna bağlanır. Pozitif kutba bağlı elektroda anot, negatif kutba bağlı elektrota da katot denir.
Her iki elektrot da kaplama yapılacak metal iyonlarını içeren bir çözeltiye daldırılır. Bu örnekte
çözelti olarak bakır sülfat kullanılmıştır. Bakır sülfat çözeltisi pozitif yüklü bakır ve negatif yüklü
sülfat iyonlarını içerir. Çözelti hem kaplanama iyonlarını barındırır hem de iletken olduğu için
devrenin tamamlanmasını sağlar. Güç kaynağı açıldığında, çözeltideki pozitif yüklü bakır iyonları
katotta elektron alarak nötr hale geçer ve elektrot yüzeyine kaplanır. Pozitif yüklü iyonların katotta
elektron alarak nötr hale geçmesine indirgenme denir. Anotta nötr halde bulunan bakır atomları ise
elektron vererek pozitif yüklü iyonlar haline geçer ve çözeltiye karışır. Nötr haldeki bakır
atomlarının anotta elektron vererek pozitif yüklü iyonlar haline geçmesine oksitlenme denir. Anot,
çözeltiye sürekli olarak bakır iyonu sağladığından çözeltideki bakır iyonlarının konsantrasyonu
azalmaz. Anot olarak bakır yerine kimyasal olarak kararlı olan karbon, paslanmaz çelik ya da
platin elektrot 10 da kullanılabilir. Bu durumda çözelti sürekli olarak yenilenmelidir. Bakırın
indirgenme ve oksitlenme reaksiyonları aşağıdaki gibidir:
Katot: 2e- + Cu+2
Cu
Anot: Cu
Cu+2 + 2e
Katotta herbir bakır iyonu 2 elektron alarak indirgenir ve anotta herbir bakır atomu 2 elektron
vererek oksitlenir.
Faraday yasası: Faraday yasası kaplanan malzemenin miktarını devreden geçen akıma
ilişkilendiren bir yasadır. Yukarıdaki reaksiyona göre iki tane elektron bir bakır atomunun yüzey
üzerinde kaplanmasını sağlıyorsa, bu, akımla kaplanan malzeme miktarı arasında bir ilişki
olduğunun göstergesidir. Bu ilişki aşağıdaki gibidir:
?????? = ??????.??????. ?????? / ??????. ??????
W: Kaplanan malzeme miktari (g)
I: Devreden geçen akım miktarı (A)
t: Zaman (s) M: Kaplanacak malzemenin molar kütlesi (MCu = 63.54 g/mol)
F: Faraday sabiti (96500 A.s/mol)
n: Kaplanacak malzemenin 1 molünün indirgenmesi için gereken elektron miktarı
Görüldüğü gibi kaplama hızı uygulanan akımla doğru orantılı olarak değişmektedir. Yapılacak
kaplamanın kalınlığı ya da istenilen kalınlık için ne kadar süre kaplama yapılması gerektiği
yukarıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir.
3. DENEYİN YAPILIŞI
1. 100 mL’ lik 0.5 molar bakır sülfat çözeltisi hazırlayın (saf su ile).
2. Çelik parça ve bakır çubuk parçasını aseton ve izopropil alkol ile yıkayıp kurulayın.
3. Çelik parça ve bakır çubuk parçasını hassas terazi ile tartıp kütlelerini not edin.
4. Çelik parça ve bakır çubuk parçasına krokodilleri bağladıktan sonra önceden hazırlanmış
bakır sülfat çözeltisi içerisine yerleştirin. İki elektrotun birbirine ve krokodillerin çözeltiye temas
etmediğinden emin olun.
5. Çelik parça bulunduğu elektrotu güç kaynağının negatif kutbuna, bakır çubuğun bulunduğu
elektrotu da pozitif kutbuna bağlayın.
6. Güç kaynağını çalıştırın ve akımı 1,5 A olarak ayarlayın.
7. 20 dakika boyunca kaplama yapmaya devam edin.
8. 20 dakikanın sonunda güç kaynağını kapatın.
9. Çelik parça ve bakır çubuk parçasını çözeltiden çıkarın. Çelik parçenın renginde bir
değişme olduğunu gözlemleyeceksiniz. Bu, bakır kaplama işleminin başarıyla gerçekleştiği
anlamına gelmektedir.
10. Daha sonra bozuk para ve bakır folyoyu saf su ile yıkayıp kurutun.
11. Çelik parça ve bakır çubuk parçasını tekrar tartın ve kütlelerini not edin.
12. Kullanılmış çözeltiyi güvenli bir biçimde belirlenmiş atık şişesine boşaltın.
Kullanılacak malzemeler;
* Bakır sülfat
* Çelik parça
* DC güç kaynağı
* Krokodil
* Beher
* Saf su
* bakır çubuk
Çelik parçanın kaplama yapılmadan önceki kütlesi
Bakır çubuğun parçasının kaplama yapılmadan önceki kütlesi
Çelik parça kaplama yapıldıktan sonraki kütlesi
Bakır çubuk parçasının kaplama yapıldıktan sonraki kütlesi
Güvenlik Uyarıları
1. Kaplama yapılırken asla bağlantı kablolarına temas etmeyiniz.
2. Deney esnasında eldiven ve önlük giyiniz ve koruyucu gözlük takınız.
4. İSTENENLER
1. Çelik parça kütlesindeki değişim ile bakır çubuk parçasının kütlesindeki değişimi
karşılaştırınız. Bulduğunuz sonucu yorumlayınız.
2. Çelik parça üzerine kaplanan bakırın kütlesini Faraday yasası ile hesaplayınız. Bulduğunuz
sonucu deneysel veriniz ile karşılaştırınız.
3. Bir önceki sorunun cevabından yola çıkarak bakırın kaplanma verimini hesaplayınız.
4. Eğer aynı süre içerisinde 0.3 A bir akımla kaplama yapılsaydı kaplamanın miktarı nasıl
değişirdi?