Проекты

Влияние буферных агентов на процесс меднения

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная химия, физическая химия» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Электрохимия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1400
Предметы: Физика, Химия
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Меднение – процесс покрытия предмета медным слоем путём действия электрическим током на раствор растворимой соли меди. За счёт физических и химических свойств металла и его дешевизны медь является востребованной во многих сферах жизни и позволяет понизить металлоёмкость изделий из дорогостоящих металлов, делая медные покрытия выгодными для различных задач. Однако для более качественного слоя металла необходимы конкретные условия, в том числе поддержание определённого уровня кислотности. Именно для этого необходимы буферные агенты, с помощью которых регулируется pH раствора.

Цель

Оценка влияния буферных агентов на процесс меднения.

Задачи

1. Провести литературный обзор и освоить метод гальваники.

2. Выбрать раствор электролита, на котором будет отрабатываться методика.

3. Провести процесс меднения в широком диапазоне рН.

4. Изучить структуру поверхности с помощью микроскопа и сравнить получившиеся покрытия.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

Оборудование

  • Алюминиевая пластина в качестве катода
  • Весы технические
  • Штатив для электродов
  • Компьютер для создания фотографий морфологии поверхности с микроскопа
  • Магнитная мешалка модели «РИТМ-01», произведённая компанией ООО «Эконикс-Эксперт»
  • Мерные колбы стеклянные на 100 см³
  • Стеклянные стаканчики на 50 см³, без делений, применяемые в качестве электрохимической ячейки
  • Стеклянные стаканчики на 50 см³, без делений, для химического отделения медных поверхностей с каждого образца

Реактивы

  • Дистиллированная вода ГОСТ 6709-72
  • Медь сернокислая (CuSO₄)
  • Калия дигидроортофосфат (KH₂PO₄)
  • Натрия гидроортофосфат (Na₂HPO₄)
  • Ортоборная кислота (H3BO3)
  • Калия гидроксид (КОН)

Растворы

  • Раствор меди сернокислой CuSO₄ 0,8М
  • Трёхкомпонентный раствор состава медь сернокислая CuSO₄ 0,8М, дигидроортофосфат калия KH₂PO₄ 2,893М и гидроортофосфат натрия Na₂HPO₄ 0,4М
  • Трёхкомпонентный раствор состава медь сернокислая CuSO₄ 0,8М, дигидроортофосфат калия KH₂PO₄ 1,283М и гидроортофосфат натрия Na₂HPO₄ 1,923М
  • Трёхкомпонентный раствор состава медь сернокислая CuSO₄ 0,8М, дигидроортофосфат калия KH₂PO₄ 0,2М и гидроортофосфат натрия Na₂HPO₄ 3,11М
  • Двухкомпонентный раствор состава медь сернокислая CuSO₄ 0,8М и ортоборная кислота H3BO3 0,1М
  • Двухкомпонентный раствор состава медь сернокислая CuSO₄ 0,8М и ортоборная кислота H3BO3 0,07М
  • Двухкомпонентный раствор состава медь сернокислая CuSO₄ 0,8М и ортоборная кислота H3BO3 0,01М
  • Раствор гидроксида калия КОН 5М

Описание

Автор выполнил все поставленные задачи и сделал выводы. Был проведён литературный обзор, освоен метод гальваники. Отработана методика на выбранном растворе электролита. Проведён процесс меднения в широком диапазоне рН. Изучены структуры поверхностей с помощью микроскопа, а также проведено сравнение получившихся покрытий. Для осуществления поставленных задач использовались

Результаты работы/выводы

В ходе работы было выяснено: чем больше ионов водорода находится в растворе электролита, тем лучше медь проявляет свои особенности в процессе меднения.

Перспективы использования результатов работы

Работа может быть применена в гальванических производствах для оптимизации состава электролита.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Технопарк «Альтаир» РТУ МИРЭА

  • методика приготовления растворов:
    • взвешивали на аналитических весах навеску или несколько навесок по заранее сделанным расчётам;
    • переносили навеску в мерную колбу;
    • растворяли навеску в небольшом количестве дистиллированной воды;
    • доводили объём раствора дистиллированной водой до метки;
  • методика проведения меднения:
    • в электрохимическую ячейку объёмом 50 мл наливали 25 мл (отбирали пипеткой) буферного раствора и опускали якорь для магнитной мешалки;
    • в ячейку опускали электроды, закреплённые в специальном штативе;
    • включали магнитную мешалку;
    • включали оборудование для электролиза;
    • ждали образования медной плёнки на катоде;
  • метод химического отделения полученной медной поверхности с каждого образца:
    • в стеклянном стаканчике на 50 см³, без делений, приготавливали раствор гидроксида калия КОН 5М;
    • в полученный раствор аккуратно опускали образец;
    • ожидали окончания химической реакции;
    • аккуратно вытаскивали полученную медную поверхность.