BÖLÜM III METAL KAPLAMACILIĞINDA KULLANILAN ÖRNEK PROBLEM ÇÖZÜMLERİ

Transkript

1 BÖLÜM III METAL KAPLAMACILIĞINDA KULLANILAN ÖRNEK PROBLEM ÇÖZÜMLERİ

2 Faraday Kanunları Elektroliz olayı ile ilgili Michael Faraday iki kanun ortaya konulmuştur. Birinci Faraday kanunu, elektroliz sırasında elektrotlarda serbest halde toplanan ya da elektrotlardan çözeltiye geçen madde miktarları devreden geçen elektrik miktarı ile doğru orantılıdır şeklinde ifade edilmiştir. İkinci kanun ise çeşitli elektrolitlerden aynı miktar elektrik akımının geçirilmesi ile elektrotlarda serbest halde toplanan, ya da elektrotlardan çözeltiye geçen madde miktarları, bu maddelerin eşdeğer ağırlıkları ile orantılıdır şeklinde tanımlanmıştır. Herhangi bir iyonun 1 ekivalent gramının nötr element haline geçebilmesi için daima aynı miktarda yani coulomb'a ihtiyacı vardır. Yani elektrolizde elektrolitin 1 ekivalent gramını açığa çıkaran elektrik miktarıdır. Bu da coulomb'dur. Faraday (F) = coulomb veya Amper-saniye 1 saat = 3600 saniye 1 Ekivalent (eşdeğer) = / 3600 = 26,8 Ah 1 Amper-saatte ayrılan metal miktarı elektrokimyasal eşdeğer (c) olarak bilinir. c = Atom ağ/(değerlikx26,8) [g/ah]

3 Örnek : Gümüş'ün elektrokimyasal eşdeğer miktarı (c) nedir? Çözüm : Ag atom ağırlığı 108 değerliği 1 c = 108/(1x26,8) = 4,03 gr/ah Örnek : (+6) değerlikli Krom un eşdeğer miktarı nedir? Çözüm : Cr atom ağırlığı 52 değerliği 6 c = 52/(6 x 26,8) = 0,323 gr /Ah Örnekler : +3 değerlikli Al +++ eşdeğer miktarı c = 0,335 gr /Ah +2 değerlikli Zn ++ eşdeğer miktarı c = 1,220 gr /Ah +1 değerlikli Au + eşdeğer miktarı c = 7,357 gr /Ah +2 değerlikli Ni ++ eşdeğer miktarı c = 1,095 gr /Ah

4 Galvanoteknikte Faydalanılabilen Akım Nisbeti Kaplamacılıkta doğru akım kaynağı redresör ün gösterdiği amper, kaplama cinsine göre vereceğimiz akım yoğunluğunun biraz üzerinde tutulmalıdır. Örneğin 1,5 A /dm² akım yoğunluğuyla çalışmak isteyenin şayet gerekli toplam akım miktarı ihtiyacı 180 A ise, redresör ampermetresinin A göstermesi sağlanmalıdır. Direnç ve baralardaki akım kayıpları da dikkate alınmalıdır. Bazı kaplama türlerinde genelde pratikte faydalanılabilen akım yüzdeleri ortalama şöyledir : Parlak dekoratif nikel % 95 Parlak gümüş % 98 Bakır (asitli) % 98 Bakır (siyanürlü) % 80 Bronz % 95 Çinko (siyanürlü) % 75 Çinko (asitli) % 95 Kalay (alkali) % 85 Krom (sülfürik asitli) % 10 Krom (katalistli) % 27 Kurşun % 90 Sarı (pirinç) % 75

5 Elektrik Enerjisi : Enerji = Şiddet faktörü x Kapasite faktörü Elektrik şiddet faktörü= Elektro Motor Kuvveti (E.M.K.), Kapasite faktörü = Elektrik Miktarı. Buradan Elektrik enerjisi = EMK (E) x Elektrik Miktarı (Q) = E. Q = E. I. t Joule = Volt x Coulomb = Volt x Amper-saniye dir. Volt = I.R olduğundan, volt yerine I.R yazılırsa; Elektrik enerjisi= E.I.t= V.I.t = I.R. (I.t) = R.I².t [joule] 1 joule=10 7 erg olduğundan = R.I².t.10 7 [erg] = R. I². t / 9,81 [kgm]

6 Elektrik Gücü (N) : Bir saniyede yapılan işe Güç denir Elektrik Gücü = Elektrik Enerjisi /Zaman = Volt.Coulomb / Saniye = joule /sn = Watt N= Volt x Coulomb/sn = Volt x Amper. sn/sn = Volt x Amper = Watt 1 Watt x 1 sn = 1 joule dür. Buna göre (Watt.sn) enerji birimidir. Zaman birimi olarak saat veya yıl da alınabilir. Watt. saat = joule Kilowatt. Saat = joule kw.yıl= x24x365= joule 1 Beygir Gücü (PS) = 75 kgm = 736 Watt = 0,736 kw

7 Örnek : 6 V ve 300 A lik bir jeneratörün gücü nedir? V = 6, I = 300 A N = V. I = = 1800 W = 1,8 kw Örnek : 4,5 PS (beygir gücü) kaç kw eder? N = 4,5 PS N = 4,5. (0,736 kw) = 3,3 kw Örnek : 6300 W kaç (beygir gücü) eder? 0,736 kw = 1 PS, 1 kw = 1,36 PS den N = 6300 W = 6,3 kw N = 1,36 PS. 6,3 = 8,55 PS eder. Örnek : W lık bir banyo ısıtıcısı 8 saatte ne kadar masraf yapar? (1 kwh elektrik= 0,25 TL) Masraf (M)= İş (A). Fiat (F), M = A. F A : 1 kw da yapılan iş, F : Fiyat (1 kw ücreti) A = Elektrik gücü.zaman = N. t = 1,5 kw. 8 saat =12 kwh M = A. F = 0,25 x 12 = 3 TL bulunur.

8 ISI MİKTARI Metal kaplamacılığında 1 kg banyo çözeltisinin (elektrolit miktarının) sıcaklığını 1 C yükseltmek için gereken ısı miktarı tablolardan faydalanılarak şu formülle hesaplanır. Spesifik ısı, C p = 1 (0,0095. n) (n : Bé derecesi) Bir elektroliz banyosunda lüzumlu toplam ısı miktarı şöyle hesaplanır: Toplam Isı Miktarı = Kütle x Spesifik ısı x Sıcaklık farkı Q = m. C p. T [kcal] C p : Spesifik ısı (ısı kapasitesi) [kcal/kg. C] m: Elektrolit miktarı [kg] T: Sıcaklık farkı [ C] Buradan, m = Q / C p. T [kg], yada sıcaklık farkı olarak T = Q / C p. m [ C]den hesaplanır

9 Örnek : 800 lt.lik bir nikel banyosunu 18 C den 50 C ye çıkarmak için gerekli ısı miktarı nedir? (Banyo yoğunluğu 20 Bé (n) dir.) V = 800 lt, d=1,161 g/cm 3 Çözüm: m = V. d = ,161= 928,8 kg. T = = 32 C C p = 1 (0,0095 x n) C p = 1 0,19 = 0,81 Q = m.c p. T Q = 928,8. 0, = kcal

10 Diğer Formüller : 1 kwh = joule 860 kcal 1 watt.sn = 0,24 cal (elektriksel ısı birim miktarı) 1 cal = 4,184 joule = 0, kwh = 860 kcal Q (ısı birimi) = 860 x Elektriksel iş [kcal] Q = 860. A = 860. N. t [kcal] Galvano banyolarının ısıtılmalarında ısı kaybı (η) da dikkate alındığında Q = 860. N. t. η [kcal] şeklini alır. Güç ise, N = Q/860. η. t [kw] Q : Isı birimi [kcal], t : Zaman, η : Isı verimi (%), buradan, t = Q/860. N. η [saat], η = Q/860. N. t [%], olarak hesaplanabilir

11 Örnek : 20 Bé yoğunluğunda lt. hacminde bir sert krom banyosunu 4 saatte 18 C den 58 C ye yükseltmek gerekiyor. a) Banyoyu (elektroliti) ısıtmak için gerekli elektrik enerjisi (kw) nedir? b) 1 kwh = 0,25 TL ise, elektrik masrafı nedir? Çözüm : V = lt, d = 1,161 g/cm 3 = 20 Bé, T =58 18 = 40 C t = 4 saat, η = 0,8 (%20 kayıp), C p = 0,81 (bir önceki problemde hesaplanmıştı), 1 kwh = 0,25 TL a) m = V. d = ,161 = kg Q = m.c p. T = Q = , = kcal N = Q/ 860. η. t = N = /860. 0,8. 4 = 13,67 kw bulunur. b) Masraf (M) = İş (A). Fiat (F) A = N. t = 13,67 x 4 = 54,7 kwh M = 54,7 x 0,25 = 13,7 TL bulunur.

12 Faradayın belirtmiş olduğu iki kanun göz önüne alınarak, aşağıdaki biçimde bir eşitlik elde edilebilir. m = A.Q / n Elektroliz sisteminde devreden geçen elektrik miktarı, Q = I. t olduğundan, yukarıdaki ifadeyi şu şekilde yazmak mümkündür. m = A.I.t / n Burada, m : Elektrotlarda toplanan ya da çözünen maddenin miktarı (g), A : Elektrotlarda toplanan ya da çözünen elementin atom ağırlığı, n : Elektrotlarda alınan-verilen elektron sayısı, I : Devreden geçen akım şiddeti (amper) t : Elektroliz süresi (saniye), olmaktadır.

13 Problem : 50 cm 2 yüzey alanına sahip bir ince metal levha bakır sülfat çözeltisine daldırılarak, 10 amper akım şiddeti altında 1 saat süre ile bakır kaplanmaktadır. Meydana gelen kaplamanın kalınlığını bulunuz.(cu :64, bakır yoğunluğu : 8,96 g/cm 3 ) Çözüm: m = A.I.t / n olduğundan, m = 64 x 10 x 1 x 60 x 60 / 2 x = 11,94 g m = V x d olduğundan, V = 11,94 / 8,96 = 1,33 cm 3 tür. Plakanın iki yüzü de bakır ile kaplanacağından toplam yüzey alanı 2 x 50 = 100 cm 2 olacaktır. Hacım = yüzey x kalınlık,olduğundan Kalınlık = 1,33 / 100 = 0,0133 cm yapar.

14 Problem : Bir nikel sülfat çözeltisinden 15 amper akım geçirilerek Ni kaplama yapılmaktadır. Katotta Ni ve H2 gazı açığa çıkmaktadır. Akım verimi % 80 olup, 1 saatlik sürede toplanan madde miktarını ve Ni kaplanan ince bir metal levha kenarı 25 cm olan bir kare olduğuna göre kaplama kalınlığını hesaplayınız.(aani = 58,6, yoğunluğu : 8,9) Çözüm: m t = 58,6 x 15 x 1 x 60 x 60 / 2 x = 16,4 g Akım randımanı = ( m t / m g ) x 100 ve akım randımanı % 80 olduğundan, m g = 16,4 x 0,8 = 13,12 g V = m / d = 13,12 / 8,9 = 1,48 cm 3 İki yüzey alanı = 2 x (25) 2 =2 x 625 = 1250 cm 2 Kalınlık = Hacım / Alan = 1,48 / 1250 = 0,0012 cm = 12 mikron