Номер 8, страница 94, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

8. Какие электролиты чаще всего применяются при меднении?

При меднении, то есть нанесении медного покрытия на поверхность изделия с помощью электролиза, выбор электролита является ключевым фактором. От него зависят свойства покрытия (например, блеск, пластичность, сцепление с основой), скорость процесса и его технологические особенности. Все электролиты для меднения делятся на две основные группы: кислые и щелочные (комплексные).

Кислые электролиты меднения

В этих электролитах медь присутствует в виде простых гидратированных ионов $Cu^{2+}$. Они отличаются высоким выходом по току (близким к 100%) и позволяют вести процесс с высокой скоростью.

Сернокислые электролиты. Это наиболее распространенный и экономичный тип электролитов. Их основными компонентами являются сульфат меди ($CuSO_4$) и серная кислота ($H_2SO_4$), часто с добавлением различных блескообразующих и выравнивающих присадок.

Преимущества: простой состав, стабильность в работе, низкая стоимость, высокая скорость осаждения меди, получение блестящих, пластичных и выровненных покрытий.

Недостатки: низкая рассеивающая способность (покрытие получается неравномерным по толщине на деталях сложной формы). Основным ограничением является невозможность прямого меднения деталей из стали, цинка и их сплавов. Из-за более отрицательного потенциала этих металлов по сравнению с медью, происходит её контактное (химическое) вытеснение, что приводит к образованию рыхлого, непрочно сцепленного с основой слоя. Поэтому перед меднением в кислом электролите на такие детали предварительно наносят тонкий подслой меди из щелочного (например, цианистого) электролита или подслой никеля.

Реакция на катоде: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$

Борфтористоводородные электролиты. Их основа — борфторид меди ($Cu(BF_4)_2$). Они позволяют использовать очень высокие плотности тока, что обеспечивает максимальную скорость осаждения. Применяются в основном в гальванопластике для получения толстых осадков и при покрытии проволоки и ленты.

Щелочные (комплексные) электролиты меднения

В этих растворах ионы меди связаны в прочные комплексные соединения. Это смещает потенциал выделения меди в отрицательную сторону, что позволяет наносить покрытия непосредственно на активные металлы, такие как сталь и цинк, без контактного обмена.

Цианистые электролиты. Содержат цианид меди(I) ($CuCN$) и цианид натрия ($NaCN$) или калия ($KCN$). Медь находится в виде комплексного иона $[Cu(CN)_3]^{2-}$.

Преимущества: исключительно высокая рассеивающая способность, позволяющая получать равномерные покрытия на деталях самой сложной формы. Обеспечивают прекрасную адгезию (сцепление) со сталью, цинком, алюминием. Поэтому их чаще всего используют для нанесения тонкого первичного подслоя (так называемое "ударное" меднение), на который затем наносят основной слой меди из кислого электролита.

Недостатки: чрезвычайно высокая токсичность цианидов, что требует строжайших мер безопасности при работе и сложных, дорогих систем для очистки сточных вод. Также характеризуются низкой скоростью осаждения.

Реакция на катоде: $[Cu(CN)_3]^{2-} + e^- \rightarrow Cu + 3CN^-$

Пирофосфатные электролиты. Являются основной нетоксичной альтернативой цианистым. Электролит состоит из пирофосфата меди ($Cu_2P_2O_7$) и пирофосфата калия ($K_4P_2O_7$). Медь находится в комплексном ионе $[Cu(P_2O_7)_2]^{6-}$.

Преимущества: нетоксичность. Обладают хорошей рассеивающей способностью (лучше, чем у кислых, но несколько хуже, чем у цианистых). Позволяют наносить медь напрямую на сталь, цинковые сплавы, а также широко используются для металлизации диэлектриков, в частности, в производстве печатных плат.

Недостатки: состав электролита более сложен в контроле по сравнению с сернокислым, он чувствителен к примесям, а скорость осаждения ниже, чем в кислых ваннах.

Реакция на катоде: $[Cu(P_2O_7)_2]^{6-} + 2e^- \rightarrow Cu + 2P_2O_7^{4-}$

Ответ:

Чаще всего при меднении применяют три основных типа электролитов, выбор которых зависит от материала основы и требуемых свойств покрытия:

1. Сернокислые (кислые): на основе сульфата меди. Самые распространенные и дешевые, используются для нанесения основных, толстых, блестящих слоев меди. Не применяются для прямого нанесения на сталь и цинк.

2. Цианистые (щелочные): на основе цианидов. Используются для нанесения тонкого адгезионного подслоя на активные металлы (сталь, цинк) благодаря отличной рассеивающей способности и сцеплению. Крайне токсичны.

3. Пирофосфатные (щелочные): на основе пирофосфатов. Являются нетоксичной альтернативой цианистым электролитам. Обладают хорошей рассеивающей способностью и применяются для меднения стали, сплавов, а также широко используются в производстве печатных плат.