Файл: Одноралов Н.В. Гальванотехника в декоративном искусстве [учеб. пособие].pdf

ионы меди Cu++, являющиеся катионами, несут положительные за­ ряды, а кислотный остаток S 04 , являющийся анионом, несет от­ рицательные заряды. В результате разряда на катоде выделяется металлическая медь, а на аноде кислотный остаток вновь образует серную кислоту.

На катоде всегда разряжается металл или водород, а на ано­ де — кислотный остаток. Поэтому при составлении электролитов применяют соли, содержащие ионы осаждаемых металлов, а в каче­ стве анода обычно применяют пластины из того металла, который хотят выделить на катоде.

Фарадей установил, что количество химических веществ, выде­ лившихся на электродах, прямо пропорционально количеству элект­ ричества, прошедшего через электролит.

Если, например, через электролит пропускать ток в 1 а в тече­ ние 1 ч, то на катоде выделится такое же количество металла, ка­ кое выделится при прохождении тока силой в 10 а в течение 0,1 ч.

Таким образом, количество вещества, выделяемого при электро­ лизе, измеряется ампер-часами, получаемыми как произведение си­ лы тока на длительность процесса электролиза. Эта величина назы­ вается количеством электричества.

Фарадей установил также, что количества веществ, выделенные на электродах равными количествами электричества, относятся друг к другу, как эквивалентные веса этих веществ.

Эквивалентный вес равен атомному весу, деленному на валент­ ность. Так, например, атомный вес серебра равен 107,88, а так как серебро одновалентно, то эквивалентный вес его выражается тем же числом. Атомный вес меди равен 63,75, медь двухвалентна, по­ этому эквивалентный вес ее 63,75 : 2 = 31,78.

Для выделения грамм-эквивалента 1 любого металла должно

1 Грамм-эквивалентом (г. же) называется число граммов, равное эквивалент' ному весу.

75

Расчет количества различных металлов, выделяемых 1 а-ч, при­ веден в таблице 4.

При пользовании этой таблицей для определения количества металла, выделяющегося при определенной силе тока за какой-ли­ бо отрезок времени, надо умножить величину, взятую из последней колонки, на силу тока в амперах и на время электролиза в часах.

Получаем:

1,186x8x3= 48,464 а

Таким образом, при постоянной длительности электролиза вес отложенного металла зависит от силы тока. Сила тока, отнесенная к единице поверхности электрода, называется плотностью тока; она измеряется в амперах на квадратный дециметр (а/дм2).

Электрохимический потенциал металлов

Металл, погруженный в слабый раствор своей соли, стремясь раствориться, посылает свои ионы в раствор, которым он окружен. Стремление металла к растворению с образованием ионов неудач­ но называют электролитической упругостью растворения.

Но ионы, которыми окружен металл, затрудняют дальнейший переход ионов в раствор. Растворение металла с образованием ио­ нов создает разность потенциалов между раствором и растворяю­ щимся металлом. Для сравнения потенциалов металлов условно принимают за нуль потенциал водородного электрода (это плати-

Т а б л и ц а 5

Электрохимический ряд напряжений

76

новый губчатый электрод, погруженный в нормальный раствор сер­ ной кислоты и омываемый газообразным водородом).

Определяя разность потенциалов между водородным электро­ дом и измеряемыми, получают потенциалы, называемые стандарт­

ными.

Стандартные потенциалы различных металлов приведены в таблице 5; они расположены в порядке возрастания потенциалов. Такой ряд носит название электрохимического ряда напряжений.

Металлы, стоящие дальше в ряду напряжений, относятся к бо­ лее благородным. При прохождении тока в раствор переходят спер­ ва металлы, стоящие ближе в ряду напряжений, а выделяются в первую очередь ионы металлов, стоящих дальше в ряду напряже­ ний. Впрочем, при большой силе тока может происходить одновре­ менный разряд различных ионов.

Строение отложенного металла

Отложение металла на катоде можно рассматривать как про­ цесс кристаллизации. Когда ион разряжается, он становится на определенное место в кристаллической решетке, представляющей упорядоченную структуру, присущую твердому сплаву. Зародышей кристаллизации одновременно образуется много, и от всех таких центров идет рост кристаллов, пока не произойдет их встреча.

Если вырезать кусочек образовавшегося металла, отшлифовать и отполировать его поверхность до зеркальной гладкости, затем подвергнуть ее легкому травлению, на поверхности обнаружится как бы узор. Рассматривая его в микроскоп, можно сделать выводы о ходе роста кристаллов во время отложения. Полученный таким путем образец называется металлографическим шлифом.

На рис. 29 представлен шлиф гальванопластической меди, взя­ той автором с одной из статуй Екатерининского парка в г. Пушки­ но, относящейся к 1841 г. Фотография шлифа сделана через микро­ скоп с увеличением в 150 раз. Отчетливо виден волокнисто-столб­ чатый узор из тонких линий; они представляют собой границы, на которых произошла встреча кристаллов, росших на отдельных за­ родышах. Из-за встречи кристаллов не может образоваться пра­ вильная ограненность, типичная для отдельно растущих правиль­ ных кристаллов. Такие кристаллы, мешающие росту друг друга, называются кристаллитами. При рассмотрении шлифа на рис. 29 можно видеть, что кристаллиты расположены в направлении отло­ жения металла (на рисунке — вертикально), случай очень харак­ терный для гальванопластической меди.

На рис. 30 представлен шлиф меди, взятый автором с гирлянды Исаакиевского собора. Видна неравномерность структуры меди, указывающая на недостаточно благоприятный режим отложения, применявшийся при изготовлении этой гирлянды. Темное пятно, об­ ращающее на себя внимание на шлифе, представляет собою вклю­ чение графита, который применялся в качестве проводящего слоя.

77

/

78