CONSELHO REGIONAL DE QUÍMICA - IV REGIÃO (SP) ?· Minicursos CRQ-IV - 2010 Galvanoplastia de metais…

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  • CONSELHO REGIONAL DEQUMICA - IV REGIO (SP)

    Ministrante: Wilma Ayako Taira dos SantosAssoc. Brasileira de Tratamento de SuperfcieContatos: wilma@electrochemical.com.br

    So Paulo, 07 de maio de 2010

    Galvanoplastia demetais preciosos

    Apoio

    Observao: A verso original desta apresentao, com slides coloridos, no formatoPDF, est disponvel na seo downloads do site do CRQ-IV (www.crq4.org.br)

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    Galvanoplastia de metais preciosos

    Conselho Regional de Qumica IV Regio (SP) Apoio: Caixa Econmica Federal

    Galvanoplastia de Metais PreciososGalvanoplastia de Metais Preciosos

    Wilma Ayako Taira dos SantosTel 011 7204 4059E-mail: wilma@electrochemical.com.br

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    Galvanoplastia de Metais Preciosos

    1. Histria da galvanoplastia2. Iniciao da galvanoplastia3. Aplicao 4. Processos galvnicos e de metais preciosos5. Controle de processo6. Controle de camadas7. Clculos e custos de metais8. Tratamentos dos efluentes e sistemas de uso

    racional de gua

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    Histria Ouro e prataAntiguidade 10.000 aC

    Egpcios 3500-4000 aC -Processamento destes metaispara decorao

    Pesquisas arqueolgicas mostram que o ouro foi talvez o primeiro metal trabalhado na humanidade. Devido ser encontrado na natureza na sua forma metlica (pepitas) e maleabilidade para manusear

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    Ouro e prata usados como moeda corrente

    The first pure gold coins were struck by King Croesus of Lydia (present-day Turkey) during his reign between 560 and 547 BC and gold coins have continued as legal tender since that time. www.goldpedia.gold.org

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    www.goldpedia.gold.org

    Revestimentos de ouro

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    Tcnica 1 - O ouro era martelado entre duas folhas reforadas (de origem vegetal) at chegar a espessura de lminas que eram aplicadas com um tipo de cola como revestimentos de objetos.

    Ouro Fino to malevel que pode ser batido at chegar a uma espessura de 1112m (1,1 mm), de modo que uma ona (31,1 gr.); pode recobrir cerca de 16 metros lineares.

    Tcnica 2 - Utilizado p de ouro misturado com mercrio, formando uma pasta com a qual recobriam uma superfcie desejada. Com aplicao de calor, o mercurio era evaporado, ficando s o ouro, que recebia polimento como acabamento final.

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    Idade mdia 400-1400 dC

    The Dome of the Rock - The Mosque of Omar on the Temple Mount in Jerusalem is the oldest existing Islamic monument. It was built in 685-691 on the site where Mohammed is said to have ascended to Heaven. The Temple Mount itself is sacred as is an Islamic shrine and a major landmark located on the Temple Mount in Jerusalem. www.goldpedia.gold.org

    Perodo de poucos novos eventos, mas com a continuidade nas obras, principalmente de templos religiosos e uso do metal como smbolo de riqueza, poder e beleza

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    Idade Moderna 1400-1800 Continuou a desempenhar um importante papel na expresso cultural. Religio, poltica, educao, arquitetura ou puro entretenimento, Em 1511, o Rei Fernando de Espanha fez a chamada para expedies rumo as

    recm-descobertas terras do Hemisfrio Ocidental. Em 1700, o ouro foi descoberto no Brasil - em 1720 se tornou o maior

    produtor, responsvel por quase dois teros da produo mundial de ouro. Em 1700, Isaac Newton (como Mestre da Casa da Moeda) fixou o preo do

    ouro na Gr-Bretanha em 84 xelins, 11,5 pence por ona troy. ( incio das cotaes).

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    Ouro - Idade Ps-Moderna 1800

    O sculo 19, o ouro descoberto em Little Meadow Creek, Carolina do Norte em 1803,

    Em 1817, o Reino Unido introduziu o Soberano, uma moeda de ouro avaliado em uma libra esterlina.

    Em 1848, John Marshall encontrou lascas de ouro, perto de Sacramento, Califrnia, provocando a Califrnia Gold Rush

    Em 1850 Edward H. Hargraves, retornando para a Austrlia, previu e encontrou ouro em seu pas em New South Wales.

    1868 na frica do Sul, George Harrison descobriu ouro cavando pedras para construir uma casa. Desde ento, a frica do Sul tem sido a fonte de quase 40% do total de ouro extrado.

    Em 1900, uma lei colocou os Estados Unidos oficialmente sobre o padro-ouro, comprometendo o pas a manter um cmbio fixo em relao a outros pases sobre o padro-ouro.

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    10

    Aplicaes Prata Os compostos de prata mais importantes - o nitrato cloreto - cianeto Durante muitos anos, os espelhos eram feitos por deposio de uma

    pequena pelcula de prata sobre uma superfcie de vidro. Atualmente utiliza-se alumnio para este fim.

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    GrupoPlatina

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    Platina Os povos andinos descobriram a platina e a utilizavam como substituto da prata. Foi conhecido pelos espanhis, em 1735, quando o navegador, explorador e astrnomo espanhol Antonio de Ulloa, chegou Amrica do Sul Em 1741 foi levada para a China. Em 1824 foi encontrada em grande quantidade na Rssia(montes Urais) passando a ser comercializada.

    Paldio O paldio um metal branco prateado parecido com a platina, no se oxida com o ar, e o elemento do grupo da platina de menor densidade e Resoluo Federal CONAMA (Conselho Nacional de Meio Ambiente) n 357, de 17/03/2005menor ponto de fuso. macio e dctil quando aquecido.

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    RdioRdio ( do grego rhodon que significa "rosa") foi descoberto em 1803 por William Hyde Wollaston logo aps a descoberta do paldio. Wollaston verificou a existncia do elemento rdio, na Inglaterra, num minrio no refinado de platina.

    RutnioO rutnio foi descoberto por Karl Klaus em 1844. Observou que o xido de rutnio continha um novo metal, obtendo 6 gramas de rutnio da parte da platina que insolvel na gua rgia.Jns Berzelius e Gottfried Osann quase o descobriram em 1827. Examinaram os resduos derivados da dissoluo de uma amostra de platina procedente dos Urais com gua rgia.

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    smioO smio ( do grego "osme", que significa cheiro ) foi descoberto em 1803 por Smithson Tennant em Londres ( Inglaterra ), juntamente com o irdio em resduos de platina dissolvidos em gua regia.

    Irdio - curiosidades Uma barra desse metal foi usado como padro para a unidade de comprimento (metro) e unidade de massa (quilograma) pelo Departamento Internacional de Pesos e Medidas, mantido em Svres perto de Paris. Esta barra formada por uma liga com 90% de platina e 10% de irdio. O cientista Dewey M. McLean do Instituto Politcnico da Virgnia (EUA), acredita que o irdio de origem vulcnica. O ncleo da terra rico em irdio, e o vulco "Piton de la Fournaise" (pico da fornalha) em Runion, por exemplo, est liberando irdio ainda at hoje.

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    Revoluo Industrial -1800-1870 Antes a atividade produtiva era artesanal e manual (da o termo

    manufatura), no mximo com o emprego de algumas mquinas simples.

    Muitas vezes um mesmo arteso cuidava de todo o processo, desde a obteno da matria-prima at comercializao do produto final.

    Com a Revoluo Industrial os trabalhadores perderam o controle do processo produtivo, uma vez que passaram a trabalhar para um patro (na qualidade de empregados ou operrios), perdendo a posse da matria-prima, do produto final e do lucro.

    Esses trabalhadores passaram a controlar mquinas que pertenciam aos donos dos meios de produo os quais passaram a receber todos os lucros. O trabalho realizado com as mquinas ficou conhecido por maquinofatura.

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    Os primeiros auto-fornos apareceram no sculo XVIII. Grande impulso na indstria metalrgica com a revoluo industrial

    A Zincagem o processo mais antigo e mais utilizado na proteo de objetos feitos de ferro ou de ao. O processo o mesmo utilizado para outros materiais, porm o zinco possui uma temperatura de fuso de aproximadamente 419C e, por isso, a soluo (substrato) deve estar a uma temperatura entre 430 e 460C, acelerando a reao entre ferro e zinco. Esse processo popularmente conhecido como galvanizao a fogo ou galvanizao a quente foi descoberto pelo qumico francs Melouin, em 1741, e patenteado pelo engenheiro Sorel, em 1837.

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    Experimentos de Galvani Ilustrao de experincias mdico italiano Luigi Galvani, em que ele aplicou eletricidade para as coxas; de seu livro De Viribus Electricitatis em Motu Musculari (1792).

    1790 1790 -- Luigi Galvano Luigi Galvano Mdico Mdico -- Eletricidade AnimalEletricidade Animal

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    Alessandro Volta demonstrando a bateria. Alessandro Volta descobriu o primeiro mtodo prtico de produo de eletricidade.Foto: cortesia da National Library of Medicine

    Alessandro Volta - Exemplo de Voltic PileFoto: cortesia da National Library of Medicine

    17991799--1800 1800 -- Alessandro Volta inventa a bateria Alessandro Volta inventa a bateria

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    Galvanoplastia de metais preciosos

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    Galvano contrao muscular da coxa de um sapo ao se tocar um nervo com metais diferentes. Eletricidade animal.

    Volta Demonstrou que a eletricidade no vem de um tecido animal, mas gerada pelo contato de metais diferentes (bronze, ferro) em um ambiente mido.

    Galvano Provou a existncia de foras bioeltricas dentro de tecidos vivos ao provocar uma contrao muscular causada ao tocar o msculo exposto de um sapo com o nervo de outro.

    Ambos estavam certos. Volt unidade de fora eletromotriz, ou diferena de potencial, o que

    causar uma corrente (ampre), fluir com uma resistncia (ohm). Galvanoplastia eletrodeposio de metais.

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    Luigi Galvano x Alessandro Volta Luigi Galvano x Alessandro Volta DivergnciasDivergncias

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    Usando uma pilha voltaica, realizou a eletrodeposio de ouro. Era amigo de Alessandro Volta A publicao de seu trabalho foi rejeitado na Academia de Ciencias

    da Frana pelo ditador Napoleo Bonaparte Luigi reportou seu experimento ento no Jornal Belga de Fsica e

    Qumica:

    1805 1805 Luigi Brugnatelli Luigi Brugnatelli Inventou a galvanoplastiaInventou a galvanoplastia

    Nos ltimos tempos, dourei completamente duas grandes medalhas de prata, atravs de uma ligao com fio de ao, ligado ao polo negativo da pilha voltaica e mantendo um depois o outro imerso em soluo amoniacal nova e bem saturada.

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    Segundo Birmingham Jeweler Quarter John Wright, Birmingham Inglaterra - descobriu que cianeto de potssio um eletrlito adequado para eletrodepositar ouro e prata, atravs de uma corrente eltrica

    Os Elkingtons - compraram os direitos e patenteou. Eles tiveram o monoplio da galvanoplastia por muitos anos devido a patente . Mtodo barato de produzir jias

    www.inventors.about.comwww.inventors.about.com

    1840 1840 H. e G. Elkington H. e G. Elkington patenteou eletrodeposio patenteou eletrodeposio

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    2 Revoluo Industrial 1870-1945 Passagem de uma sociedade rural e artesanal para uma sociedade urbana e industrial Ascenso da burguesia Invenes mecnicas e utilizao de fontes de energia modernas Grandes avanos tecnolgicos Automvel Aviao

    3 Revoluo Industrial 1945-hoje Grande revoluo tecno-cientfica Microeletrnica Informtica Telemtica Robtica Engenharia Gentica

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    Metais Preciosos - Popularizao

    Jias puderam ser reproduzidas em quantidades fundio, estamparia

    Novas modalidades de consumo em massa: decorao, utenslios domsticos, adornos, moda, eltrica, eletrnica

    Bijuterias puderam ser produzidas aos milhares de milhes com camada superficial de ouro, prata, rdio

    O tratamento galvnico tornou possvel melhorar a qualidade dos produtos sem aumentar tanto os preos

    Tornou o acesso a populao da classe mdia e baixa

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    Iniciao

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    Definio de Eletroqumica:

    a cincia que trata das relaes entre qumica e eletricidade, descrevendo os fenmenos que ocorrem na interface de um condutor eletrnico, o eletrodo, com um condutor inico, o eletrlito.

    Eletrlise (galvanoplastia): reao forada

    Pilha: reao espontnea

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    Au 3+

    Au3+

    Au0

    Au0

    +++++

    ---

    ---

    1

    2

    3 4

    5

    1 - Retificador2 - Tanque3 - Anodo4 - Pea5 - Banho

    RetificadorRetificador

    TanqueTanque

    AnodoAnodo PeaPea

    BanhoBanho

    VV AA

    Plo negativo (ctodo): Au3+ + 3e- Au} - semi-reao: ReduoPlo positivo (nodo): H2O 2 H+ + O2 + 2e-} - semi-reao: Oxidao

    Definio Galvanoplastia: Tcnica de deposio de metais em superfcies metlicas a partir do

    fornecimento de diferena de potencial.

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    DEFINIES:

    Ctodo: eletrodo no qual ocorre a reduo (deposio do metal objeto que ser recoberto).

    nodo: eletrodo no qual ocorre a oxidao (pode ser solvel neste caso o metal do anodo vai para a soluo ou insolvel).

    Eletrlitos- So assim chamadas todas as solues que conduzem a corrente eltrica.

    ons- So assim chamadas as partculas carregadas que se movimentam na soluo.

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    Galvanoplastia de metais preciosos

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    Aplicaes da galvanoplastia:

    Proteger o substrato contra a corroso;

    Melhorar as propriedades fsicas e mecnicas do substrato, como por exemplo, resistncia abraso, condutividade eltrica;

    Proporcionar e manter aspecto decorativo;

    Alterar dimenses originais de determinadas peas;

    Recuperar peas que sofreram desgaste.

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    Metais diferentes apresentam tendnciasdiferentes corroso; diz-se que um metalA mais nobre que o outro, se Aapresentar menor tendncia corroso emenos nobre se apresentar maiortendncia corroso.

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    Revestimentos nobres: metal do revestimento mais nobre que o metal do substrato

    Revestimento de sacrifcio: metal do revestimento menos nobre que o metal do substrato

    substratoRevestimento nobre

    Revestimento de sacrifciosubstrato

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    Tabela do potencial de reduo de metais em ordem crescente.Par Redox Reao de Eletrodo E0/V

    Li+/Li Li+ + e- Li -3.04K+/K K+ + e- K -2.92Ba2+/Ba Ba2+ + 2e- Ba -2.90Ca2+/Ca Ca2+ + 2e- Ca -2.76Na+/Na Na+ + e- Na -2.71Mg2+/Mg Mg2+ + 2e- Mg -2.38Al3+/Al Al3+ + 3e- Al -1.71H2O/H2/Pt 2H2O + 2e- 2OH- + H2 -0.83Zn2+/Zn Zn2+ + 2e- Zn -0.76Cr3+/Cr Cr3+ + 3e- Cr -0.74Fe2+/Fe Fe2+ + 2e- Fe -0.41Cd2+/Cd Cd2+ + 2e- Cd -0.40Ni2+/Ni Ni2+ + 2e- Ni -0.23Sn2+/Sn Sn2+ + 2e- Sn -0.14Pb2+/Pb Pb2+ + 2e- Pb -0.13H+/H2/Pt 2H+ + 2e- H2 0.00Cu2+/Cu Cu2+ + 2e- Cu 0.34Fe3+,Fe2+/Pt Fe3+ + e- Fe2+ 0.77Ag+/Ag Ag+ + e- Ag 0.80H+,NO-3/NO/Pt NO-3 + 4H+ + 3e- NO + 2H2O 0.94O2/H+,H2O/Pt O2 + 4H+ + 4e- 2H2O 1.23Au3+/Au Au3+ + 3e- Au 1.42

    www2.fc.unesp.br

    Na tabela, os metais foram organizados de acordo com seus potenciais, iniciando com os valores negativos e terminando com os potenciais positivos. Os resultadoscompem a denominada srie eletroqumica dos metais. Quanto maior o potencial negativo do metal, maior ser sua tendncia de passar ao estado inico e vice-versa. Um metal com potencial mais negativo deslocar qualquer outro metal com potencialinferior na srie das solues de seus sais.

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    Galvanoplastia de metais preciosos

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    As leis de Faraday podem ser resumidas pela equao:

    m = M I t / [z ] F1

    m ou m = massa em gramas proveniente da reduo no ctodo ou da oxidao no nodo de uma certa espcie eletroativa.M = massa molar da espcie eletroativa em gramas / mol.I = corrente eltrica

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