VIII.8.5. Rafinarea electrolitică a cuprului.
Electroliza este utilizată în industrie şi ca metodă de purificare (rafinare) a metalelor. Acest tip de electroliză se foloseşte în metalurgie la obţinerea unor metale, dar şi pentru acoperiri galvanice (zincare, nichelare, argintare etc.), la lustruirea metalelor, la electrocoroziunea pieselor şi la multe alte operaţii.
În electronică şi electrotehnică, se foloseşte cupru de înaltă puritate, care se obţine din cupru brut prin electroliza soluţiei de sulfat de cupru cu anod solubil din cupru. Anodul este format din plăci groase de cupru brut, impurificat cu alte metale (zinc, fier, argint, aur, platină etc.).
Catodul este format din plăci subţiri de cupru pur, intercalate printre plăcile anodice. În baia de electroliză se află soluţie de sulfat de cupru CuSO4 acidulată cu acid sulfuric H2SO4.
Reacțiile de la electrozi sunt :
La catod C(–): Cu2+ + 2ē → Cu
La anod A(+): Cu → Cu2+ + 2ē
Din plăcile anodice trec în soluţie nu numai ionii de cupru ci şi ionii impurităţilor metalice (Fe, Zn, Ni, Co etc.), ai căror atomi au tendinţa mai accentuată de a se oxida decât a atomilor de cupru. La catod se descarcă însă numai ionii de cupru. Având tendinţa mai scăzută de a se reduce decât a ionilor de cupru, ionii celorlalte metale rămân în soluţie. Alte metale (Ag, Au, Pt, Se, Sb, Bi) aflate ca impurităţi în plăcile anodice de cupru brut şi care nu pot trece în ioni, se depun la partea inferioară a băii de electroliză, formând aşa numitul „nămol anodic”. Nămolul anodic reprezintă o sursă valoroasă pentru obţinerea acestor metale la puritate ridicată.
Anodul din Cu brut se consumă în timpul electrolizei, iar pe catod se depune Cu cu o puritate de 99,99%.
Rafinarea electrolitică este utilizată şi pentru purificarea altor metale (Au, Ag, Pb, Al).
👀 Experiment: Rafinarea (purificarea) cuprului
🔥 Atenție! Piatra vânătă este toxică !
Materiale necesare:
Alimentator (baterie de 9V), 2 electrozi de cupru (sârmă mai groasă), carton folosit ca suport pentru electrozi, soluţie de sulfat de cupru (piatra vânătăse găseşte la chimicale pentru stropit viţa-de-vie), pahar sau borcan, conductoare de legătură.
Descrierea experimentului:
- Taie un disc de carton cât gura paharului.
- Leagă cei doi electrozi la bornele bateriei şi introdu-i în paharul cu soluţie de sulfat de cupru.
- Lasă să treacă curentul electric prin soluţie timp de cel puţin 5-10 min. şi observă suprafaţa catodului (electrodul legat la polul negativ al bateriei).
- Ce observi ?
Pe suprafaţa catodului s-a depus un strat subţire roşiatic de cupru.
Concluzia experimentului:
Acest experiment arată una din aplicaţiile electrolizei, foarte importantă în tehnică, şi-anume rafinarea metalelor care, numai pe cale electrolitică, permite obţinerea metalelor cu cea mai înaltă puritate (99,99% ). Ionii pozitivi de cupru din soluţie se neutralizează la catod. Cuprul depus pe catod se înnegreşte repede la contactul cu aerul atmosferic, deoarece se oxidează (oxidul de cupru este negru). Anodul, confecţionat din cupru, se consumă.