Galvanisieren am Beispiel des Verkupferns
Galvanisierung (youtube.com)
https://www.youtube.com/watch?v=X_I66ZkMNLk
Galvanisierung
- Unter Galvanisieren versteht man das Beschichten eines Metallgegenstandes mit einem andern Metall
- es funktioniert durch Elektrolyse
Gründe:
- Korrosionsschutz
- Verschönern
Wenn man einen Gegenstand verkupfern will, verwendet man:
- einen Cu2+-Ionen-haltige Lösung
- eine Kupferanode
Das Kupfer für die Beschichtung stammt aus der Kupfersalzlösung
An der Kathode wird der Kathodenmaterial verkupfert:
Kathodenred.: Cu2+ +2e-=> Cu (diese Reaktion ist „erzwungen“)
Die Cu2+-Ionen werden durch die Anodenoxidation nachgeliefert:
Der Kupferanode löst sich allmählich auf. Cu => Cu2+ +2e-
Man kann auch eine andere Substanz als Anode verwenden, doch dann wird die Konzentration der Ionen in der Lösung immer geringer.
2014 B1 1 (Abituraufgabe Bayern)
Zur Gewinnung von elementarem Kupier werden Erze in einem vielstufigen Prozess zu Rohkupfer mit einem Kupferanteil von 98 % verarbeitet.
In den restlichen 2 % sind neben unedlen Metallen, wie z. B. Eisen, auch Edelmetalle, wie
z. B. Silber, enthalten.
Zur Gewinnung von Reinstkupfer wird u. a. eine elektrolytische Raffination von Rohkupfer durchgeführt: Hierbei wird in schwefelsaurer Kupfer(ll)-sulfat-Lösung eine Elektrode aus Rohkupfer und eine Elektrode aus Reinstkupfer verwendet und eine Spannung von ca. 0,3 V angelegt.
Erläutern Sie mithilfe der Teilgleichungen für die Anoden- und die Kathodenreaktion, welche Vorgänge während der Elektrolyse an den Elektroden stattfinden! Berücksichtigen Sie hierbei auch die als Beimengungen aufgeführten Metalle! [10 BE]
Für eine ganze Reihe von Produktionsbereichen, z. B. für die Elektroindustrie reicht die Reinheit von Garkupfer (mit einem Kupfergehalt von 98%) nicht aus, so dass eine weitere Aufbereitung erforderlich wird.
Bei der elektrolytischen Kupferraffination hängt man Elektroden aus Garkupfer als Anoden in eine angesäuerte Kupfersulfatlösung. Als Kathoden dienen entweder Bleche aus Reinkupfer. Die Elektrolyse wird in großen Elektrolysierwannen bei Spannungen von 0,2 bis 1Volt, durchgeführt.
An der Kathode werden diejenigen Kationen der Lösung reduziert (Cu2+), die das größte Bestreben dazu haben, d. h., die das größte Normalpotential besitzen.
An der Kathode: Cu2+ + 2e- => Cu
Das reine Kupfer scheidet sich an der Kathode ab, während alle unedleren Metallionen wie Eisen- und Bleiionen in Lösung bleiben.
An der Anode erfolgt eine Oxidation des Kupfers und aller unedleren Metalle, so dass die Kupferionen (Cu2+) und die unedleren Metallionen (z.B. Fe2+) in Lösung gehen.
Cu => Cu2+ + 2e-
Fe => Fe2+ + 2e-
Pb => Pb2+ + 2e-
Verunreinigungen aus edleren Metallen, die ein deutlich größeres Normalpotential als Kupfer besitzen, werden nicht oxidiert. Sie fallen da die Garkupferelektrode sich auflöst, als sogenannter Anodenschlamm (enthält Ag und Au) zu Boden.
Unterrichtsmitschrift von Simon Müller (Ch12) vom 15.01.2018
Simulation Elektrolyse einer Kupfersalzlösung University of Oregan