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Anwendungen der Elektrolyse

Elektrolytisches Raffinieren von Metallen

Der Prozess des elektrolytischen Raffinierens von Metallen wird verwendet, um Unreinheiten aus rohen Metallen zu entfernen. In diesem Prozess wird ein Block rohen Metalls als Anode, eine verdünnte Salzlösung dieses Metalls als Elektrolyt und Platten aus reinem Metall als Kathode verwendet.

Elektrolytisches Raffinieren von Kupfer

Um den Prozess des elektrolytischen Raffinierens von Metallen zu verstehen, werden wir anhand eines Beispiels das elektrolytische Raffinieren von Kupfer erläutern. Kupfer, das aus seinem Erz gewonnen wird, bekannt als Blisterkupfer, ist 98 bis 99 % rein, kann aber durch den Prozess des Elektrorefinierens leicht auf 99,95 % für elektrische Anwendungen gereinigt werden.

In diesem Prozess der Elektrolyse verwenden wir einen Block unreinen Kupfers als Anode oder positive Elektrode, Kupfersulfat versetzt mit Schwefelsäure als Elektrolyt und reine Kupferplatten, die mit Graphit beschichtet sind, als Kathode oder negative Elektrode.
Das Kupfersulfat spaltet sich in positive Kupferionen (Cu+ +) und negative Sulfationen (SO4 − −). Die positiven Kupferionen (Cu+ +) oder Kationen bewegen sich zur negativen Elektrode, die aus reinem Kupfer besteht, wo sie Elektronen von der Kathode entnehmen, zu Kupferatomen werden und sich auf der Graphitoberfläche der Kathode ablagern.

Auf der anderen Seite bewegen sich die SO4 − − zur positiven Elektrode oder Anode, wo sie Elektronen von der Anode entnehmen und zu Radikalen SO4 werden. Da Radikale SO4 allein nicht existieren können, greifen sie das Kupfer der Anode an und bilden CuSO4. Dieses CuSO4 löst sich dann auf und spaltet sich in der Lösung in positive Kupferionen (Cu+ +) und negative Sulfationen (SO4 − −). Diese positiven Kupferionen (Cu+ +) bewegen sich dann zur negativen Elektrode, wo sie Elektronen von der Kathode entnehmen, zu Kupferatomen werden und sich auf der Graphitoberfläche der Kathode ablagern. Auf diese Weise wird das Kupfer des unreinen Rohmaterials auf die Graphitoberfläche der Kathode übertragen und abgelagert.

Die metallischen Verunreinigungen der Anode verbinden sich auch mit SO4, bilden metallische Sulfate und lösen sich im Elektrolytlösung. Verunreinigungen wie Silber und Gold, die von der Schwefelsäure-Kupfersulfatlösung nicht beeinflusst werden, setzen sich als Schlamm oder Schlick der Anode ab. Bei regelmäßigen Intervallen des elektrolytischen Raffinierens von Kupfer wird das abgelagerte Kupfer von der Kathode gestrichen und die Anode wird durch einen neuen Block rohen Kupfers ersetzt.
Hinweis: Im Prozess des elektrolytischen Raffinierens von Metallen oder einfachen Elektro-Raffinierung wird die Kathode mit Graphit beschichtet, damit das chemisch abgelagerte Material leicht abgestrichen werden kann. Dies ist eine der häufigsten Anwendungen der Elektrolyse.

Galvanisieren

Der Prozess des Galvanisierens ist theoretisch gleich dem der Elektrorefinierung – der einzige Unterschied ist, dass anstelle einer mit Graphit beschichteten Kathode ein Objekt platziert wird, auf dem das Galvanisieren durchgeführt werden soll. Nehmen wir zum Beispiel einen Messingschlüssel, der durch Kupfergalvanisierung kupfert werden soll.

Kupfer-Galvanisierung

Wir haben bereits festgestellt, dass Kupfersulfat in seine Lösung positive Kupferionen (Cu+ +) und negative Sulfationen (SO4 − −) spaltet. Für die Kupfergalvanisierung verwenden wir eine Kupfersulfatlösung als Elektrolyt, reines Kupfer als Anode und ein Objekt (einen Messingschlüssel) als Kathode. Der reine Kupferstab wird mit dem positiven Terminal und der Messingschlüssel mit dem negativen Terminal einer Batterie verbunden. Während dieser Kupferstab und der Schlüssel in die Kupfersulfatlösung getaucht werden, verhält sich der Kupferstab als Anode und der Schlüssel als Kathode. Da die Kathode oder der Messingschlüssel mit dem negativen Terminal der Batterie verbunden ist, zieht es die positiven Kationen oder Cu+ +-Ionen an. Wenn die Cu+ +-Ionen die Oberfläche des Messingschlüssels erreichen, nehmen sie Elektronen von ihm auf, werden neutrale Kupferatome und werden als gleichmäßige Schicht auf der Oberfläche des Messingschlüssels abgelagert. Die Sulfationen oder SO4 − −-Ionen bewegen sich zur Anode, entziehen Kupfer aus ihr und geben es in die Lösung ab, wie im Prozess der Elektrorefinierung erwähnt. Für eine ordnungsgemäße und gleichmäßige Kupferverzinkung wird das Objekt (hier der Messingschlüssel) langsam in der Lösung gedreht.

Elektroformen

Die Reproduktion von Objekten durch Elektroabscheidung auf einem bestimmten Formstück wird als Elektroformen bezeichnet. Dies ist ein weiteres sehr nützliches Beispiel unter vielen Anwendungen der Elektrolyse. Dafür müssen wir zunächst den Abdruck der Objekte in Wachs oder einem ähnlichen Material herstellen. Die Oberfläche des Wachsmolds, die den genauen Abdruck des Objekts trägt, wird mit Graphitpulver beschichtet, um es leitfähig zu machen. Dann wird das Mold in die Elektrolytlösung als Kathode getaucht. Während des Elektrolyseprozesses wird das Elektrolytmetall auf der graphitbeschichteten geprägten Oberfläche des Molds abgeschieden. Nachdem eine Schicht der gewünschten Dicke erreicht wurde, wird das Teil entfernt und das Wachs geschmolzen, um das reproduzierte Objekt in Form einer Metallschale zu erhalten. Eine gängige Anwendung des Elektroformens ist die Reproduktion von Grammophonplatte-Dies. Die ursprüngliche Aufnahme wird auf einer Wachsplatte gemacht. Dieses Wachsmold wird dann mit Goldpulver beschichtet, um es leitfähig zu machen. Dann wird dieses Mold in eine blaue Vitriolelektrolytlösung als Kathode getaucht. Die Lösung wird durch eine Kupferanode gesättigt. Das Kupfer-Elektroformen auf dem Wachsmold produziert eine Masterplatte, die verwendet wird, um eine große Anzahl von Schellackplatten zu prägen.

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