FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITLÁN

1 FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES CUAUTITL N DEPARTAMENTO DE INGENIER A LABORATORIO DE TECNOLOG A DE MATERIALES LECTURAS DE INGENIER A 7 PRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICI NPRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICI NPRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICI NPRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICI N M. en I. Felipe D az del Castillo Rodr guez. CUAUTITL N IZCALLI 2008 PRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICI N LECTURAS DE INGENIER A 7 FES-CUAUTITL N Mtro. FELIPE D AZ DEL CASTILLO R. - 1 -INTRODUCCI N El desarrollo de la Ciencia y Tecnolog a actuales implican la generaci n y aplicaci n del conocimiento en muchas reas y consecuentemente el estudiante de Ingenier a debe estar al tanto de los mismos, sin embargo, debido a la actualizaci n poco frecuente de los programas y planes de estudio y por las limitaciones propias de semestres de apenas cuatro meses de actividades acad micas, es dif cil la actualizaci n del estudiante en dichos conocimientos, adem s, dejar trabajos de investigaci n no funciona de la manera deseada, ya que en muchas ocasiones se descargan de Internet y se imprimen sin siquiera leerlos, de ese modo, surge la idea de crear una serie de apuntes de temas b sicos para el ingeniero actual como son.

2 El endurecimiento superficial del acero, las fundiciones de hierro, la tribolog a y el desgaste, la superplasticidad, los avances en la industria sider rgica, superaleaciones, etc. En esta entrega, se estudia el proceso de electrodeposici n a trav s del cual un metal se deposita sobre otro, mediante el paso de una corriente el ctrica. Las m ltiples aplicaciones de esta t cnica y el fluir natural del estilo de vida actual hacen evidente una dependencia al empleo de materiales sometidos a un proceso de electrodeposici n, que van desde utensilios en la cocina, defensas de autom viles, herramientas con recubrimientos, etc. Por lo que su estudio es de gran importancia para quienes se encarguen de la elecci n de materiales capaces de solucionar problemas y satisfacer necesidades, tales como vivienda, transporte, conservaci n de alimentos, entre otras, esperando que sea de utilidad e inter s para los alumnos y personas interesadas en el tema.

3 Como siempre cualquier comentario o correcci n ser bienvenido. ATTE. Mtro. Felipe D az del Castillo Rodr guez. PRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICI N LECTURAS DE INGENIER A 7 FES-CUAUTITL N Mtro. FELIPE D AZ DEL CASTILLO R. - 2 -CCAAPP TTUULLOO 11 PPRRIINNCCIIPPIIOOSS DDEE EELLEECCTTRROODDEEPPOOSSIICCII NN DEFINICI N DE ELECTRODEPOSICI N La electrodeposici n es el m todo de cubrir objetos con una pel cula fina de otro metal. El principio que rige este fen meno es la electr lisis, cuyo nombre procede de dos radicales, electro que hace referencia a electricidad y lisis que significa ruptura. La electrodeposici n implica la reducci n (disminuci n del estado de oxidaci n; ganancia de electrones) de un compuesto met lico disuelto en agua y una deposici n del metal resultante sobre una superficie conductora.

4 Probablemente esta t cnica es uno de los procesos mas complejos conocidos, debido a que hay un gran n mero de fen menos y variables que intervienen en el proceso total, mismos que son llevados a cabo en la superficie de los materiales involucrados. En la electrodeposici n de metales, el xito de la operaci n est en funci n del control de los fen menos involucrados, por lo que es necesario mencionar los principios a los que se sujetan stos, ya que cualquier variaci n en el proceso se ver reflejada de manera significativa en el resultado obtenido. PRINCIPIOS DE ELECTROQU MICA La Electroqu mica es la ciencia que estudia el intercambio de energ a qu mica y el ctrica que se produce por medio de una reacci n de xido-reducci n. La oxidaci n es la p rdida de electrones, mientras la reducci n es la ganancia de los mismos.

5 Las reacciones de xido-reducci n (redox), son aquellas en donde hay una transferencia de uno m s electrones. Electr lisis es el nombre que recibe el proceso mediante el cual la energ a el ctrica se emplea para producir cambios qu micos; mediante una reacci n redox no espont nea, donde se hace pasar una corriente el ctrica. Se lleva a cabo en un PRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICI N LECTURAS DE INGENIER A 7 FES-CUAUTITL N Mtro. FELIPE D AZ DEL CASTILLO R. - 3 -contenedor llamado cuba electrol tica. La electrolisis es uno de los principales m todos qu micos de separaci n. La principal ventaja del m todo electrol tico consiste en que no es necesario aumentar la temperatura para que la reacci n tenga lugar, evit ndose p rdidas energ ticas y reacciones secundarias.

6 Industrialmente es uno de los procesos m s empleados en diferentes reas, como por ejemplo en la obtenci n de elementos a partir de compuestos (cloro, hidr geno, ox geno), la purificaci n de metales (el mineral met lico se disuelve en cido, obteni ndose por electr lisis el metal puro) o la realizaci n de recubrimientos met licos protectores y/o con fines decorativos, como es el caso del niquelado. A continuaci n se menciona la definici n de algunos t rminos empleados en el proceso de electrodeposici n: El electrodep sito es el dep sito cat dico obtenido por el paso de una corriente el ctrica en una c lula electrol tica. Un electrodo es el componente de un circuito el ctrico que conecta el cableado del circuito a un medio conductor como un electrolito. El electrodo positivo es llamado nodo y el electrodo negativo es llamado c todo.

7 El electrolito es la sustancia i nica que en soluci n se descompone al pasar la corriente el ctrica. PRINCIPIOS DE ELECTRICIDAD Los procesos electrol ticos implican variables el ctricas que es conveniente revisar: La corriente el ctrica ()I: es la rapidez del flujo de carga que pasa por un punto dado en un conductor el ctrico, que se origina por el movimiento de los electrones y es una medida de la cantidad de carga que pasa por un punto dado en la unidad de tiempo. Se mide en amperes()A. PRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICI N LECTURAS DE INGENIER A 7 FES-CUAUTITL N Mtro. FELIPE D AZ DEL CASTILLO R. - 4 - La diferencia de potencial o voltaje ()V: Cuando una corriente el ctrica fluye a trav s de un alambre conductor, se dice que lo hace porque existe una diferencia de potencial entre los dos extremos del alambre.

8 La diferencia de potencial entre dos puntos se define como el trabajo efectuado, medido en joules ()J, por fuerzas el ctricas para mover una carga de un Coulomb desde el punto de mayor potencial hasta el punto de menor potencial. A la unidad con que se mide la diferencia de potencial se le llama Volts. La resistencia ()R: Es la oposici n al flujo de carga el ctrica, y esta presente en todos los elementos. Es una propiedad espec fica del material, que esta en funci n de sus propiedades como son: el tama o, forma y temperatura. Es independiente del voltaje y la corriente que pasa a trav s de ella. La unidad de medida es Ohms() . Un aislante es un material que se resiste al flujo de carga a trav s de si mismo. Un conductor el ctrico es un material por el cual puede transferirse carga f cilmente, la mayor parte de los metales son buenos conductores, existen diferentes tipos de conductores, clasificados por su naturaleza de conducci n: Los conductores de primer orden son aquellos que poseen conductancia el ctrica, en los cuales los portadores de la carga son los electrones.

9 Se caracterizan por tener una conducci n sin transferencia substancial de masa. Los conductores de segundo orden poseen conductancia i nica o electrol tica, y los portadores de la carga son los iones. En este tipo de conductores se da una transferencia de masa asociada con la conductividad. Los conductores de tercer orden, llamados com nmente semiconductores, poseen tanto conductancia i nica como el ctrica. Por lo general predomina el car cter el ctrico. PRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICI N LECTURAS DE INGENIER A 7 FES-CUAUTITL N Mtro. FELIPE D AZ DEL CASTILLO R. - 5 -La ley de Ohm establece que para un resistor dado, a determinada temperatura la corriente es directamente proporcional al voltaje aplicado, esta proporcionalidad se establece como: IVR= Donde: V= voltaje R= resistencia I= corriente Un circuito en serie se define como aquel circuito en el que la corriente el ctrica tiene un solo camino para llegar al punto de partida, sin importar los elementos intermedios.

10 En el caso concreto de arreglos nicamente de resistencias, la corriente el ctrica es la misma en todos los puntos del circuito (Figura ). Figura Arreglo de resistencias en serie. ( ) PRINCIPIOS DE ELECTRODEPOSICI N LECTURAS DE INGENIER A 7 FES-CUAUTITL N Mtro. FELIPE D AZ DEL CASTILLO R. - 6 -Un circuito en paralelo se define como aquel circuito en el que la corriente el ctrica se divide en cada nodo. Su caracter stica m s importante es el hecho de que el potencial voltaje en cada uno de los resistores del circuito, tiene el mismo valor como se aprecia en el esquema (Figura ). Un circuito mixto se define como la combinaci n de elementos tanto en serie como en paralelo. Para la soluci n de estos problemas se trata de resolver primero todos los elementos que se encuentran en serie y en paralelo, para finalmente reducirlo a un circuito puro, bien sea en serie o en paralelo (Figura ).