Elektrochemische metaalbewerking

Datum : september 2002

Principe:

Door  middel van een elektrolysereactie een klein gaatje maken in een scheermesje.

Benodigd:

Zoutzuur
Scheermesje
Potlood
Gelijkspanningsbron (13.8 V 5A - mag waarschijnlijk ook een batterij zijn)

Werkwijze:

  • De potloodopstelling uit nevenstaande figuur opbouwen. 
  • Slijp een scherpe punt aan het potlood.
  • Plaats de punt op het scheermesje.
  • Voeg een druppel zoutzuur toe.
  • Sluit de stroomkring.

 

Meetresultaten:

Na enkele minuten is er een klein gat in het scheermesje ontstaan.
Het scheermesje voor de bewerking. Het scheermesje na de bewerking met een gaatje tussen de G en de i.

Tijdens het bewerken kan men schuimvorming waarnemen hetgeen wijst op gasontwikkeling.
Bekijken we na bewerking (na enkele dagen) de punt iets nauwkeuriger (60x vergroot) dan kunnen we zien dat er ijzeroxide gevormd is op de punt.

Discussie en conclusie:

In feite maken we hier gebruik van een vorm van corrosie.

In nevenstaande figuur wordt de ladingsoverdracht weergegeven als ijzer in contact gebracht wordt met water of een aangezuurde waterige oplossing.

IJzer gaat in oplossing als Fe2+, het gevolg daarvan is dat het metaal negatief geladen wordt (de elektronen blijven achter) t.o.v. het elektrolyt. Het gevolg is dat er een potentiaalverschil gecreŽerd wordt tussen het elektrolyt en het metaal. Er vindt oxidatie plaats.

Plaatsen we nu spanning ober het geheel dan worden de positieve ijzerionen naar de - van de potloodpunt getrokken. We creŽren een extra drijvende kracht door een potentiaalverschil aan te leggen. Het gevolg daarvan is dat het ijzer sneller in oplossing gaat.

Elektrolyse wordt toegepast om subtiele bewerkingen aan metaaloppervlakken uit te voeren, volgens het principe dat hierboven geschetst is.

13/6/2005: De observaties van hierboven nog even samengevat:

Ik heb de potloodpunt pas na enkele dagen bekeken onder de microscoop en toen gezien dat er ijzeroxide gevormd was.
Deze ijzeroxide is waarschijnlijk pas gevormd door een reactie van de ijzerionen op de potloodpunt met de lucht.

De reactie die (volgens mij) plaats vindt is die van een metaal met zuur: je lost ijzer op onder vorming van waterstof.
Het ijzer gaat dan in oplossing volgens: Fe -> Fe2+ + 2e.
De facto maakt men een ijzer(II)chloride oplossing. Deze gaat vervolgens op de punt zitten als een zout en kan vervolgens een oxide (FeIII in Fe2O3) vormen met de zuurstof uit de lucht (Fe2+ -> Fe3+ + e).
De metaalbewerking berust er op dat je het ijzer sneller in oplossing laat gaan door er een spanningsverschil over te zetten. Je voegt daardoor extra energie toe en de reactie verloopt sneller.

Voor ijzer verloopt de oxidatie volgens: 4Fe + 3O2 --> 4Fe3+ + 6O2- (= 2Fe2O3 = roest)
Lees dat als: er worden 12 elektronen overgedragen van het ijzer op de zuurstof moleculen.

Als je het als een zuivere redox reactie wilt gaan schrijven uitgaande van Fe2+:
1) O2 + 4H+ + 4e --> 2H2O (E=1.229 V)
We voerden de reactie in een druppel zoutzuur uit.
2) Fe2+ --> Fe3+ + e (E=-0.77 V)
Zo verander je Fe2+ in Fe3+.
Oftewel: 4Fe2+ + O2 + 4H+ <=> 4Fe3+ + 2H2O (E = +0.36V)

Deze reactie kun je ook schrijven als:
4Fe2+ + O2 + (4+2x)H2O <=> 4Fe2O3.xH2O + 8H+
(Die 8H+ neutraliseren dan weer de achtergebleven chloride ionen)

Opmerkingen:

  • Men hoeft natuurlijk niet een zo sterke spanningsbron te gebruiken als ik gebruikt hebt, een batterij moet in principe voldoende zijn.

Literatuur:

Relevante websites::

Achtergrondinformatie:

Fe -> Fe2+  E0 = -0.44 V

 


16-01-2017