Schlagwort-Archive: Elektrolyse

Elektrochemische Spannungsreihe

Elektrochemische Vorgänge

Um die wesentlichen Vorgänge der Elektrolyse besser verstehen zu können ist es sinnvoll, sich mit einigen chemischen und metallurgischen Basiskenntnissen zu beschäftigen. Begriffe wie Osmotischer Druck, Lösungsdruck oder die Elektrochemische Spannungsreihe tauchen in diesem Zusammenhang auf.

Lösungsdruck, Osmotischer Druck und Elektrochemische Spannungsreihe

Metalle sind die chemischen Elemente, die bei elektrochemischen Vorgängen oder chemischen Reaktionen, im Normalfall Elektronen abgeben. Sie werden dadurch zu Kationen, also positiv geladene Ionen. Die Nichtmetalle hingegen nehmen vorzugsweise Elektronen auf, wodurch sich Anionen (negativ geladene Ionen) bilden.

elektrochemische Spannungsreihe
elektrochemische Spannungsreihe

Zudem hat jedes Metall eine Neigung in strom- leitenden Flüssigkeiten, wie beispielsweise Salzlösungen oder Säuren, Kationen an die Flüssigkeit (Elektrolyt) abzugeben. Diese Eigenschafte nennt man den Lösungsdruck. Die Neigung Ionen aus einer Lösung aufzunehmen wird hingegen als osmotischer Druck bezeichnet. Je unedler ein Metall ist, umso größer ist der Lösungsdruck und entsprechend geringer ist der osmotische Druck. Bei Edelmetallen hat der Lösungsdruck hingegen nur einen minimalen Wert.

Werbung

In der elektrochemischen Spannungsreihe werden die Metalle nach ihrer „Edelheit“ aufgelistet, das heißt nach der Spannung, die sich aufgrund der Ladungsverschiebung ergibt (Normalpotential). Durch die abgegebenen Ionen lädt sich das Elektrolyt positiv, was zur Folge hat, dass sich das Metall durch zurückbleibenden freien Elektronen negativ lädt. Dadurch kommt die Abgabe von Metallionen an die Lösung auch nach kurzer Zeit zum Stillstand. Daher stellt die elektrochemische Spannungsreihe ein wichtiges Hilfsmittel im Umgang mit elektrochemischen Prozessen dar.

Elektrochemische Korrosion

Ein weiteres Metall kann diesen beschriebenen Vorgang verhindern. Daher wird bei der sogenannten elektrochemischen Korrosion das unedlere von zwei Metallen, die gemeinsam in ein Elektrolyt getaucht sind, nach und nach vollkommen aufgelöst, sofern sich durch einen direkten metallischen Kontakt außerhalb des Elektrolyten ein geschlossener Stromkreis ausbilden kann. Je weiter die beiden Metalle in der elektrochemischen Spannungsreihe auseinander stehen, umso schneller vollzieht sich dieser Prozess. Das edlere Metall bleibt dabei völlig unangetastet. Außerdem wird bei diesem Vorgang eine elektrische Spannung und dadurch ein Stromfluss erzeugt. In Batterien und Akkumulatoren nutzt man dies technisch, bei metallischen Werkstücken dagegen wirkt sich die elektrochemische Korrosion störend auf die Beständigkeit der Waren aus.

Werbung

Lötnähte laufen beispielsweise durch die Einwirkung von Luftfeuchtigkeit, Schweiß, Cremes usw. (Elektrolyt) schnell an, weil sie unedler sind als das Grundmetall. Das Gleiche gilt auch, wenn man einen goldenen Ohrstecker mit einer silbernen Ohrmutter (oder umgekehrt) sichert. Das Silberelement läuft schnell an.

Galvanisieren

Galvanisieren

Unter Galvanisieren versteht man im Edelmetall-Gewerbe Vorgänge, bei denen ein Objekt (nicht nur Schmuck) durch Elektrolyse einen Metall-Überzug erhält.

Warum galvanisieren?

Es gibt mehrere Gründen, bei denen man galvanisieren kann.

  • Herstellung eines Goldüberzuges zur Herstellung von Double, aber auch oft bei 333/000 Gold
  • Veränderung der Farbe
  • Erzeugung einer härteren Oberfläche (beispielsweise durch das Rhodinieren)
  • zum Erhalt eines höheren Glanzes
  • Erzielung einer unempfindlicheren Oberfläche gegen chemische Einflüsse (leider wird Silber aus diesem Grund oft mit Rhodium überzogen, was ich persönlich nicht mag, weil jede Lötung an einem derartigen Schmuckstück sehr fleckig wird)
  • außerdem auch als gestalterisches Element
Werbung

Grundsätzlich kann man fast alles mit einem galvanischen Überzug versehen.

Die Möglichkeit zu galvanisieren beschränkt sich nicht nur auf Schmuckstücke. Viele kenne eventuell versilberte Babyschuhe. Auch echte Blätter eines Baumes lassen sich mit einem Metall-Überzug versehen. Hierzu wird der zu galvanisierende Gegenstand zunächst mit sogenanntem Silberleitlack überzogen, der mit einem Pinsel aufgetragen wird. Somit ist der notwendige Stromfluss gewährleistet und das Objekt kann versilbert oder vergolden werden.

Zu galvanisierender Schmuck muss fertig geschliffen und poliert sein. Jeder Gegenstand (auch der mit Leitlack überzogene) muss vorm Galvanisieren gereinigt, entfettet und mit klarem Wasser abgespült sein. An Stellen, wo Fett haftet scheidet sich kein Metall ab und der Gegenstand wird fleckig.

Metallische Gegenstände aus Eisen, Nickel oder Stahl zunächst verkupfert damit sich ein Edelmetall aus dem Elektrolyt abscheiden kann. Dies hängt mit der elektrochemischen Spannungsreihe zusammen, was ich hier aber nicht weiter ausführen möchte.

Sind all diese Vorarbeiten getätigt, kann das Veredeln durch Vergolden, Versilbern oder Rhodinieren beginnen. Diese Prozesse unterscheiden sich allerdings bezüglich der notwendigen elektrischen Spannung, der Dauer beim Galvanisieren und der notwendigen Temperatur der elektrolytischen Lösung.

Beispielhaft gehe ich auf das Rhodinieren ein.

Rhodium ist ein Nebenmetall aus der sogenannten Platin-Gruppe, zu der neben Platin und Rhodium auch Palladium, Ruthenium, Iridium und Osmium gehören.

Werbung

Weißgold kann beim Bearbeiten fleckig und grau werden. Dies gilt für Nickel-Weißgold ebenso wie für Palladium-Weißgold. Damit das Weißgold ein strahlendes Weiß erhält, rhodiniert man es. Ähnliches gilt für rhodiniertes Silber. Hier wird aber oft der Überzug aus Rhodium verwendet, um das Silber vorm Anlaufen zu schützen. Zusätzlich ist Rhodium hart und hat eine gute Reflexion.

Galvanisieren - Grafik
Galvanisieren – Grafik

Der Arbeitsgang ist im wesentlichen der gleiche wie beim Vergolden oder Versilbern. Wichtig ist immer, dass die Schmuckstücke, die man galvanisieren möchte nach dem Polieren sauber ausgewaschen und elektrolytisch entfettet sind (es gibt dafür giftfreie Entfettungs-Bäder). Danach mit destilliertem Wasser spülen und schließlich im Anschluss rhodinieren. Die im Handel befindlichen Bäder geben die Temperatur für die elektrolytische Lösung und die notwendige Spannung in der Regel vor. Auch sollte man die zeitlichen Vorgaben beim Galvanisieren einhalten, die der jeweilige Hersteller macht.

Die Ware wird an einem Kupferdraht oder einem speziellen Warenträger an der Kathode angeschlossen und in das Bad gehängt. Als Anode dient beim Rhodinieren in der Regel ein mit Platin überzogenes Titanblech. Wichtig ist, dass im Bad Bewegung ist, beispielsweise durch an tippen der Kathode. Es muss gewährleistet sein, dass sich an der Ware keine Gasblasen festsetzen. Diese würden sonst Flecken bilden.

Sollte an einem Schmuckstück nur ein Teilbereich rhodiniert werden, so müssen alle Stellen, an denen sich kein Rhodium ablagern soll, vor dem Galvanisieren mit Abdecklack bedeckt sein. Der Stromfluss ist an diesen Stellen unterbunden. Dies gilt verständlicher weise auch, wenn nur Teilbereiche vergoldet oder versilbert sein sollen.

WICHTIG:

Galvanischen Bäder sind sehr giftig; sie enthalten Cyanide!!! Daher darf man verbrauchte Bäder auch niemals in den Abfluss schütten. Anderenfalls wäre der Tatbestand der Umweltvergiftung erfüllt.

Werbung

Elektrolyse, Möglichkeit zum Färben von Metallen

Elektrolyse

Unter Elektrolyse versteht man allgemein alle Vorgänge, die sich mit Hilfe von elektrischer Spannung in einer wässrigen Lösung vollziehen.

Werden zwei Metallstäbe, die sich nicht berühren in chemisch reines Wasser und verbindet einem mit dem Pluspol und den anderen mit dem Minuspol einer Stromquelle, so fließt praktisch kein Strom, da reines Wasser ein schlechter Leiter ist. Gibt man aber ein Salz, eine Lauge oder Säure in das Wasser, so fließt Strom. Die Auflösung an sich nicht leitender Stoffe in Wasser sorgen für eine Leitfähigkeit. Diese entstandene Lösung wird als Elektrolyt bezeichnet. Die Stoffe, die den Stromübertritt in den Elektrolyten gewähren, heißen Elektroden. An der Anode (Pluspol) tritt der Strom in die Lösung ein, an der Kathode (Minuspol) tritt er wieder aus.

An den Grenzflächen der jeweiligen Elektroden und Elektrolyten erfolgt eine elektrolytische Metallabscheidung, die entweder für eine Oxidation Elektronen bereitstellen oder für eine Reduktion Elektronen benötigen. Hierzu ist Gleichstrom notwendig, damit die Reaktionen in die gewünschte Richtung ablaufen.

Dieses war bereits vor 2000 Jahren bekannt. Das Volk der Parther (ein Stamm in Persien) war bereits in der Lage, mit Hilfe einer Batterie Metallgegenstände auf galvanische Weise mit Gold zu überziehen. Diese Batterie bestand aus einer Terrakottavase (18 cm hoch), in die ein Zylinder aus Kupfer mit einem Eisenstab gesteckt waren. Das damals verwendete Elektrolyt ist nicht bekannt.

Galvanik

Im Edelmetallgewerbe bezeichnet man diesen elektrolytischen Vorgang (Elektrolyse) mit dem Begriff „Galvanik“ .

Elektrolyse - Luigi Galvani
Luigi Galvani

Diese Bezeichnung ist vom italienischen Naturforscher und Arzt Luigi Galvani abgeleitet worden. Er entdeckte  am 6.11.1789 in einem Froschschenkel-Versuch Phänomene, die er auf elektrische Entladungen im Körper des Tieres zurückführte.

Andere Forscher, insbesondere Alessandro Volta, führten die Beobachtungen von Galvani auf die Berührung verschiedener Leiter der ersten Klasse (Metalle) mit denen der zweiten Klasse (Elektolyte) zurück.   Schließlich entwickelte sich aus all diesen Beobachtungen die Lehre der Elektrizität.

Werbung

Folglich benötigt man eine entsprechende  Vorrichtung. Um Galvanisieren zu können sind verschiedene Geräte und Gegenstände erforderlich.

  • ein Gefäß für die elektrolytische Lösung (Glas- oder Kunststoff für kleine Bäder bis hin zu emaillierten Wannen)

  • ein Gleichstromrichter mit 220 V Wechselstrom-Netzanschluss

  • eine Anode (löslich oder unlöslich)

  • eine Kathode, die ist im Normalfall der zu galvanisierende Gegenstand

  • Leitungen, an denen die Elektroden frei schwebend im Elektrolyt hängen, der Abstand sollte mindestens 10 cm betragen.

Werbung

Mit einer derartigen Anlage zur Elektrolyse (auch Galvanik-Anlage) können unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren unterschiedliche metallische Überzüge mit Edelmetallen erzielt werden. Vor allem zum Färben, Veredeln oder als Schutz vor Oxidation setzt man die Galvanik ein.

Doch dazu in einem Artikel über´s Galvanisieren mehr.

Werbung