نشاط عملي يوّضح كيفية طلاء المعادن بالكهرباء

2011 تجارب علمية داخل المادة

غريس ودفورد

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

كيفية طلاء المعادن بالكهرباء الكيمياء

– الأهداف

1.استعمال التحليل الكهربائي في طلاء أو تلبيس النحاس بالزنك.

 

– الأدوات التي تحتاجها

1- قطعتان نقديتان معدنيتان

2- قطعة من ورق الصقل (ورق الزجاج)

 

3- باينت (نصف لتر تقريباً) من الخل

4- إناء زجاجي مدرّج(دورق)

 

5- فرشاة أسنان

6- ميزان

 

7- أملاح "إبسوم" (ملح إنجليزي)

8- سكّر

 

9– سلكان كهربائيان (مزودان بملاقط مسننة)

10- بطارية 9 فولت

 

– خطوات العمل

1- استخدم ورق الصقل (ورق الزجاج) لفرك إحدى القطعتين النقديتين المعدنيتين إلى أن يزول جزء من سطحها النحاسي ويظهر معدن الزنك (وهو بلون رمادي داكن). ومن الأسهل فرك قطعة النقود بورق الصقل من جوانبها.

2- نظف القطعة النقدية الثانية بواسطة فرشاة ومعجون الأسنان حتى تلمع. اشطف القطعة النقدية بالماء جيداً بعد تنظيفها. ولا تترك عليها أي أثر لبصماتك أو أي أوساخ.

3- صب الخل في الإناء الزجاجي ثم ضع القطعة النقدية المعدنية التي قمت بفركها بواسطة ورق الصقل في الخل واتركها لمدة ساعة على الأقل. سينحل جزء من معدن الزنك كأيونات في الخل وينبغي أن تشاهد فقاعات صغيرة من الغاز تخرج من قطعة النقد.

4– أخرج القطعة النقدية من الخل وأضف 1.5 أونصة (50 غراماً) من أملاح «إبسوم» (المعروفة أيضاً باسم الملح الإنكليزي)، و2 أونصة (60 غراماً) من السكّر إلى الخل الموجود في الإناء وحرك المزيج إلى أن ينحلّ تماماً.

5- ثبت أحد السلكين الكهربائيين بالملقط المسنن على القطعة النقدية المنظفة وثبت السلك الآخر بملقطه المسنن إلى قطعة النقد الثانية التي فركتها بورق الصقل.

6- ضع القطعتين النقديتين المعدنيتين في الخل وتجنّب ملامسة إحداهما للأخرى.

7ِ- صِل السلك المثبت بالملقط المسنن على القطعة النقدية النظيفة بقطب البطارية السالب، ثم صِلْ السلك الآخر بقطب البطارية الموجب. انتظر عشر دقائق ثم افصل البطارية وأخرج القطعتين من المحلول بعناية. يجب أن تصبح القطعة النقدية المنظفة مطلية بطبقة فضية لامعة.

 

هناك طرائق عديدة لطلاء المعادن كهربائياً على مواد مختلفة. تلجأ العديد من تلك الأساليب خصوصاً التي تشتمل على الذهب والفضة إلى استعمال مواد كيميائية أكّالة خطيرة، لكنك تستطيع بسهولة طلاء النحاس على معادن أخرى باستخدام محلول كبريتات النحاس.

ويمكن شراء هذه المادة من أحد متاجر الأدوات المدرسية، أو يمكن العثور عليها أحياناً في المتاجر التي تبيع أحواض سمك الزينة لأن كبريتات النحاس يستعمل للقضاء على الطحالب في أحواض سمك الزينة.

لكن كبريتات النحاس مادة سامة، لذلك احرص على وجود أحد الكبار معك واحذر من اقتراب المسحوق أو السائل إلى فمك أو أنفك.

 

الأدوات التي تحتاجها:

–  ماء مقطّر

–  بلورات كبريتات النحاس

 

– إناء مدرّج (دورق)

– ملعقة قياس

 

– سلكان كهربائيان

– بطارية 9 فولت

 

خطوات العمل:

1- حضّر محلول كبريتات النحاس عن طريق مزج ملعقتين صغيرتين من مسحوق كبريتات النحاس مع كوب واحد من الماء المقطّر. اسكب السائل الأزرق في إناء زجاجي.

2- صِلْ أحد السلكين بطرف الجسم الذي ترغب بطلائه، ثم صِلْ السلك الآخر بالقطعة النقدية النحاسية. ضع الجسمين في الإناء.

3- صِلْ السلك الآتي من الجسم الذي ترغب في طلائه بطرف البطارية السالب، ثم صِلْ السلك الآتي من القطعة النقدية النحاسية بالطرف الموجب.

4- بعد عشر دقائق يجب أن يصبح الجسم (الحرف B في هذا النشاط) مغطى بالكامل بالنحاس. افصل البطارية وأخرج الجسم المطلي والقطعة النقدية من السائل.

 

تحليل النشاط

لقد استخدمت الكهرباء في هذا النشاط لربط معدن مع معدن آخر. إن جميع القطع النقدية المعدنية الحديثة مصنوعة من طبقة رقيقة من النحاس مطلية على طبقة أثخن من الزنك. (كانت البنسات سابقاً تصنع من النحاس الصلب.لكن ذلك أثبت أنه أمر مكلف للغاية).

ومن خلال صقل القطعة النقدية المعدنية بواسطة ورق الصقل، لابدّ أنك استطعت إزالة ما يكفي من النحاس لتكشف الزنك الموجود تحته.

وعندما وضعت القطعة النقدية المصقولة في الخلّ، تفاعل الزنك مع الخلّ وتشكّل محلول من أيونات الزنك(سائل بأيونات منحلة).

 

وبإضافة أملاح «إبسوم» إلى الخل، قمت بزيادة استطاعة تلك الأملاح على توصيل الكهرباء وذلك لأن ملح «إبسوم» (الملح الإنكليزي) هو أيضاً من الأيونات (الشوارد) ويستطيع نقل التيار الكهربائي.

وكان من الممكن أيضاً استخدام ملح الطعام (كلوريد الصوديوم)، لكنه يطرح غاز الكلور الذي ينطوي على الخطورة في حال استنشاقه، لذلك فإن الإلكتروليت كان مكوّناً من أيونات زنك سالبة الشحنة وأيونات «إبسوم» موجبة الشحنة.

ويُضاف السكر إلى الإلكتروليت كملمّع كي يجعل الزنك أخيراً يبدو أكثر لمعاناً. وقد قمت بتنظيف القطعة النقدية الثانية من أجل إزالة أية زيوت أو دهون أو أوساخ كانت ستشكل عائقاً يمنع التصاق الزنك بالنحاس.

 

وعندما وضعت القطعتين النقديتين، المصقولة والمنظّفة، في المحلول أصبحتا إلكترودين (قطبين). وعند توصيلهما بالبطارية سَرتْ فيهما شحنة كهربائية.

ومع سريان التيار انجذبت أيونات (شوارد) الزنك ذات الشحنة الموجبة إلى الإلكترود (القطب) السالب (القطعة النقدية المنظّفة)، في حين انجذبت أيونات ملح «إبسوم» ذات الشحنة السالبة إلى الزنك الموجود داخل قطعة النقد المصقولة. ومع انجذاب المزيد من أيونات الزنك إلى النحاس، أصبح هذا النحاس مغلفاً بالزنك.

 

واستخدمت في نشاط المتابعة كبريتات النحاس الذائبة على أنها الإلكتروليت (المادة المُذابة بالكهرباء).

وعندما انحلت كبريتات النحاس، تحولت إلى أيونات نحاس موجبة وأيونات كبريتات سالبة، فكانت القطعة النقدية النحاسية هي الإلكترود (القطب) الموجب، والجسم الذي قمت بطلائه هو الإلكترود (القطب) السالب.

وعند تشغيل التيار، تدفقت أيونات النحاس الموجبة من المحلول إلى الجسم ذي الشحنة السالبة.

 

لماذا لم تكتسب قطعتي النقدية طبقة فضية؟

ينبغي التأكد من أن القطعة النقدية التي فركتها بورق الصقل لها بالأصل لون الزنك الرمادي، ويجب أن تخرج منها الفقاعات أثناء نقعها بالخل. 

كما ينبغي أن تكون كمية السكر وأملاح "إبسوم" المضافة إلى الخل كافية، لذلك قم بوزن هاتين المادتين بواسطة الميزان للتأكد من استعمال الكمية الكافية اللازمة للتجربة. وأخيراً ربما كانت بطاريتك ضعيفة. حاول استعمال بطارية جديدة.

 

الماء على القمر

يبذل العلماء جهوداً حثيثة لإيجاد دليل على وجود الجليد تحت سطح القمر بحيث يصبح بناء قاعدة فضائية على سطح القمر أمراً سهلاً. يمكن تفكيك الجليد إلى أكسجين وهيدروجين.

يحتاج الإنسان للأكسجين من أجل التنفس، أما الهيدروجين فهو وقود جيد لتوليد الكهرباء، كما يمكن استعمال الغازين كوقود للصواريخ. وربما يصبح القمر في يوم من الأيام المحطة الأولى نحو رحلات إلى أعماق الفضاء.

 

استخدامات الطلاء بالكهرباء

إن الكروم هو أحد أكثر المعادن التي يتم طلاؤها بالكهرباء.

ويطلق على طلاء التزيين بالكروم الطلاء بالنيكل والكروم لأنه دائماً يتضمن طلاء النيكل قبل طلاء الكروم.

 

عندما تنظر إلى واقي الصدمات المطلي بالكروم الموجود على مقدمة إحدى السيارات، أو إلى محمّصة الخبز المطلية بالكروم، فإنك في الواقع تشاهد النيكل فالكروم يقي من حدوث البقع والخدوش كما يضيف سطحاً عاكساً ومزيّناً.

تبدأ عملية الطلاء بالكروم بصقل وتنظيف الجسم ومن ثم غمسه في الحامض (مادة كيميائية أكّالة) ويُطلى بالنحاس، يتم تنظيف النحاس ويغمس في الحامض مرة ثانية قبل طلائه بأنواع مختلفة من النيكل وأخيراً بالكروم.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]