11.3-Electroplating
11.3-Electroplating Important Formulae
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11.3 Electroplating
- Electroplating is the process of depositing a layer of metal onto an object using electric current.
- The process involves a solution containing metal ions, where the object to be plated is made the cathode.
- At the anode, the metal dissolves into the solution and is reduced onto the cathode.
- Formula for electroplating: $M^{2+} + 2e^- \rightarrow M$
- Commonly used metals for electroplating include gold, silver, and chromium.
- Used to improve appearance, prevent corrosion, and enhance durability of objects.
11.3 - Electroplating
Electroplating is a process in which a thin layer of metal is deposited onto the surface of an object using an electric current. This process is widely used to improve the appearance, prevent corrosion, and reduce friction of metal objects.
Electroplating involves the use of an electrolytic cell, where a metal cation in a solution is reduced onto a surface by passing an electric current through it.
The principle behind electroplating is based on the laws of electrolysis. When an electric current is passed through an electrolyte, the metal ions in the solution get reduced at the cathode (the object to be plated), and the metal from the anode dissolves to replenish the metal ions in the solution.
The electroplating setup consists of the following components:
- Electrolyte: A solution containing metal salts of the metal to be plated (e.g., silver nitrate solution for silver plating).
- Two electrodes: The anode (positive electrode) made of the metal to be plated (e.g., silver) and the cathode (negative electrode) made of the object to be electroplated (e.g., a piece of copper or iron).
- Power Source: A direct current (DC) power supply that provides the necessary electric current.
During the electroplating process:
- The object to be electroplated is connected to the cathode (negative terminal) of the power supply.
- The metal from the electrolyte solution is deposited onto the object at the cathode as a thin, even layer.
- The anode, made of the same metal as the one being plated, gradually dissolves to release metal ions into the solution.
The chemical reactions occurring at the anode and cathode during electroplating are:
- At the Cathode (Object being plated): $$ \text{Metal ion (aq)} + e^- \rightarrow \text{Metal (s)} $$
- At the Anode (Electrode made of metal): $$ \text{Metal (s)} \rightarrow \text{Metal ion (aq)} + e^- $$
For example, in the case of silver electroplating, the electrolyte solution contains silver nitrate (AgNO₃). When current passes through the solution, silver ions (Ag⁺) are reduced at the cathode, plating the object with silver:
- At the Cathode (Object to be plated): $$ \text{Ag}^+ (aq) + e^- \rightarrow \text{Ag} (s) $$
- At the Anode (Silver electrode): $$ \text{Ag} (s) \rightarrow \text{Ag}^+ (aq) + e^- $$
Electroplating is used in various applications:
- In the jewelry industry to give objects a shiny, attractive finish.
- In the automotive industry to coat parts with metals like chrome for protection against corrosion and wear.
- To prevent rusting of iron and steel by plating with metals such as zinc (galvanization).
- In the electronics industry to provide a conductive coating on components like connectors and contacts.
The quality and thickness of the electroplated layer depend on several factors:
- Current Density: A higher current density leads to faster deposition but may result in an uneven coating.
- Concentration of Electrolyte: A higher concentration of metal ions in the electrolyte solution leads to better plating efficiency.
- Time: Longer electroplating times result in thicker coatings.
- Temperature: Higher temperatures can speed up the plating process but may also affect the quality of the deposit.
DrTorstenHenning, Public domain, via Wikimedia Commons
11.3 - इलेक्ट्रोप्लेटिंग
इलेक्ट्रोप्लेटिंग एक प्रक्रिया है जिसमें विद्युत धारा का उपयोग करके एक धातु की सतह पर दूसरी धातु की परत जमा की जाती है। इस प्रक्रिया का उपयोग मुख्यतः धातु की सतह को जंग से बचाने, सजावटी उद्देश्यों और वस्तुओं को अधिक टिकाऊ बनाने के लिए किया जाता है।
इलेक्ट्रोप्लेटिंग की प्रक्रिया
इलेक्ट्रोप्लेटिंग की प्रक्रिया निम्नलिखित चरणों में पूरी होती है:
- धातु की वस्तु, जिस पर परत चढ़ानी है, उसे कैथोड (ऋणात्मक इलेक्ट्रोड) के रूप में उपयोग किया जाता है।
- जिस धातु की परत चढ़ानी है, उसे एनोड (धनात्मक इलेक्ट्रोड) के रूप में उपयोग किया जाता है।
- इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उस धातु का कोई उपयुक्त नमक समाधान (जैसे कॉपर सल्फेट, निकेल सल्फेट) लिया जाता है।
- सर्किट में विद्युत धारा प्रवाहित की जाती है।
जब धारा प्रवाहित की जाती है, तो एनोड से धातु के आयन इलेक्ट्रोलाइट में घुल जाते हैं और कैथोड पर जमा हो जाते हैं।
प्रक्रिया का सिद्धांत
इलेक्ट्रोप्लेटिंग फाराडे के विद्युत अपघटन के नियमों पर आधारित है। जब विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो धनायन ($M^+$) इलेक्ट्रोलाइट से कैथोड की ओर आकर्षित होते हैं और इलेक्ट्रॉनों को प्राप्त कर धातु के रूप में जमा हो जाते हैं:
$M^+ + e^- → M$
एनोड पर, धातु के परमाणु इलेक्ट्रॉन खोकर आयन में परिवर्तित हो जाते हैं:
$M → M^+ + e^-$
उदाहरण
निम्नलिखित कुछ प्रमुख उदाहरण हैं:
- सोने या चांदी की परत चढ़ाकर गहनों को आकर्षक बनाना।
- लोहा या स्टील की सतह पर जिंक चढ़ाकर जंग से बचाना।
- प्लास्टिक की वस्तुओं पर क्रोमियम की परत चढ़ाकर उन्हें चमकदार बनाना।
इलेक्ट्रोप्लेटिंग के उपयोग
इलेक्ट्रोप्लेटिंग का उपयोग निम्नलिखित उद्देश्यों के लिए किया जाता है:
- सतह को सजावटी बनाने के लिए।
- सतह को जंग और क्षरण से बचाने के लिए।
- वस्तुओं की मजबूती और स्थायित्व बढ़ाने के लिए।