Leptanie kovu elektrolýzou

Vzdelávacia oblasť: VÝZNAMNÉ CHEMICKÉ PRVKY A ZLÚČENINY alebo ZLOŽENIE LÁTOK
Tematický celok: NEUTRALIZAČNÉ A REDOXNÉ REAKCIE alebo IÓNY A CHEMICKÁ VÄZBA
Téma: REDOXNÉ DEJE alebo IÓNY, CHEMICKÁ VÄZBA

Zaujímavým využitím elektrolýzy je elektrolytické leptanie kovu. Leptaním sa odstraňuje povrch kovu do jeho hĺbky. V priemysle sa táto metóda využíva na odkrytie makroštruktúry materiálu, odhalenie vnútorných chýb, drobných prasklín a pórov. V leteckom priemysle sa leptanie používa na zníženie hrúbky hliníkových plechov na zníženie hmotnosti lietadla. Táto technológia sa používa aj na spracovanie malých kovových častí, ako sú napríklad prevodové stupne náramkových hodiniek.

Nie tak dávno sa začalo elektrolytické leptanie využívať aj v umeleckej sfére na vytváranie vzorov, reliéfov na kovových povrchoch rôznych umeleckých aj úžitkových predmetov. Je to technika nenáročná a veľmi efektívna.

Ako elektrolyt sa používa roztok kuchynskej soli. V elektrolyte prechodom elektrického prúdu dochádza k pohybu kladných iónov (katiónov) k zápornej elektróde (katóde) a záporných iónov (aniónov) ku kladnej elektróde (anóde). Na elektródach potom môžu prebiehať príslušné chemická reakcie. O elektrolýze NaCl, chemických reakciách, ktoré prebiehajú a produktoch, ktoré vznikajú si môžeš viac prečítať v príspevku Elektrolýza NaCl.

Počas leptania na povrchu kovu, ktorý je kladnou elektródou dochádza vplyvom jednosmerného elektrického prúdu k strate elektrónov. Tým sa z jeho povrchu uvoľňujú ióny kovu, napr. z ocele ióny železa Fe²⁺, čo pozorujeme práve ako spomenuté leptanie – narušenie povrchu kovu. Fe²⁺ ióny reagujú s iónmi Cl^–, pričom vzniká viditeľná zelená zlúčenina FeCl₂. Roztok elektrolytu sa počas elektrolýzy míňa, preto ho treba často obnovovať.

Pomôcky:

zdroj jednosmerného prúdu alebo 9V batéria, krokosvorky, kadička, sklená tyčinka, lyžička chemická, vatová tyčinka, kovová/nerezová lyžička či iný kovový predmet, akrylová farba/lak na nechty alebo vodeodolná nálepka, rozpúšťadlo na akrylovú farbu alebo na lak na nechty

Chemikálie:

voda, kuchynská soľ

Postup:

1. Z chloridu sodného priprav cca 50ml nasýteného vodného roztoku.
2. Kovový predmet vyčisti (vodou a saponátom alebo octom so soľou) a vysuš, prípadne vybrús brusným papierom.
3. Na kovový predmet si priprav vzor/obrázok, ktorý budeš leptať. Môžeš tak spraviť troma spôsobmi:
   • Kovový predmet nastriekaj akrylovou farbou, nechaj ju čiastočne zaschnúť a potom ostrým predmetom vyry/vyškrab želaný obrázok
   • Na kovový predmet nalep vodeodolnú fóliu/nálepku so želaným vyrezaným vzorom  
   • Vzor na kovový predmet namaľuj lakom na nechty a nechaj poriadne vyschnúť
4. Kovový predmet pripoj krokosvorkou ku kladnému pólu.
5. Vatu na tyčinke namoč do elektrolytu, aby bola dostatočne mokrá a pripoj krokosvorkou k zápornému pólu (krokosvorka musí byť zapnutá na vlhkej vate)
6. Napätie na napájacom zdroji nastav na 9V
7. Vatovou tyčinkou sa dotýkaj, prechádzaj po miestach na kovovom predmete, ktoré nie sú chránené lakom, akrylovou farbou alebo nálepkou. Počas dotyku prechádza obvodom elektrický prúd, ktorý spôsobuje vyššie spomínaný pohyb elektrónov a tým ubúdanie častíc kovu z jeho povrchu.
8. Po krátkej chvíľke sa na vatovej tyčinke objaví zelená farba – vznikajúci chlorid železnatý. Vtedy treba tyčinku opäť namočiť do elektrolytu, prípadne nahradiť novou tiež namočenou v elektrolyte.
9. Po ukončení leptania lak alebo akrylovú farbu odstráň rozpúšťadlom, nálepku odlep a kovový predmet dôkladne umy a vysuš.

POPREMÝŠĽAJ, VYHĽADAJ, ZISTI a POPÍŠ…

1. Zapíš iónový zápis vzniku Fe²⁺ z atómu Fe a uveď aký ión vznikol.
2. Zapíš reakciu vzniku FeCl₂ z Fe²⁺ a Cl^–. Reakciu vyrovnaj a pomenuj vzniknutý produkt.
3. Opíš čo sa deje počas dotyku vatovej tyčinky namočenej v elektrolyte s kovovým predmetom.
4. Opíš čo spôsobuje strata elektrónov na kovovom predmete?
5. Vysvetli, čo znamená elektrolytické leptanie kovu.
6. Uveď kde všade sa využíva elektrolytické leptanie kovu.
7. Popremýšľaj prečo je zaujímavé používať elektrolytické leptanie kovu v umeleckej sfére.
8. Vysvetli, prečo je elektrolyt dôležitý v procese elektrolýzy.
9. Uveď na aké ióny sa rozkladá/disociuje kuchynská soľ NaCl. Ióny pomenuj.
10. Opíš akým smerom sa pohybujú kladné a záporné ióny počas elektrolýzy.
11. Vysvetli prečo je dôležité roztok elektrolytu počas elektrolýzy obnovovať.
12. Vyhľadaj v PSP elektronegativitu chemických prvkov Na a Cl a urči aký typ väzby je medzi Na a Cl v molekule NaCl.
13. Uveď čím je tvorená väzba medzi Na a Cl v molekule NaCl
14. Vyhľadaj v PSP elektronegativitu chemických prvkov Fe a Cl a urči aký typ väzby je medzi Fe a Cl v molekule FeCl₂.
15. Uveď čím je tvorená väzba medzi Fe a Cl v molekule FeCl₂