Wie baue ich eine Galvanikzelle zum Abscheiden von Metallen?

Eine Galvanikzelle zum Abscheiden von Metallen, auch als elektrolytische Zelle oder Galvanisierungszelle bezeichnet, ist eine Vorrichtung, die verwendet wird, um eine Metallschicht auf einem anderen Metall durch einen elektrochemischen Prozess abzuscheiden. Hier ist eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Aufbau einer solchen Zelle:

Materialien:

1. Stromquelle: Eine regelbare Gleichspannungsquelle.
2. Anode: Zum Beispiel eine Kupferanode, wenn Kupfer abgeschieden werden soll, bei einigen Lösungen muss auch eine andere Anode verwendet werden - beachte die Hinweise zum Elektrolyt.
3. Kathode (Werkstück): Das Metallstück, auf dem das andere Metall abgeschieden werden soll (z.B. ein Schmuckstück).
4. Elektrolytlösung: Eine Lösung, die Metallionen des abzuschiedenden Metalls enthält (z.B. Kupferelektrolyt für die Kupferabscheidung).
5. Behälter: Um die Elektrolytlösung zu halten.
6. Leitungsdrähte und Krokodilklemmen: Um die Elektroden mit der Stromquelle zu verbinden.

Aufbau:

1. Vorbereitung der Elektrolytlösung:

   • Fülle den Behälter mit der Elektrolytlösung. Für die Abscheidung von Kupfer kannst du zum Beispiel einen Kupferelektrolyt verwenden.
     
     

2. Einsetzen der Elektroden:

   • Anode: Setze die Anoden (z.B. die Kupferplatte) in die Lösung ein. Diese Elektroden werden das Metall liefern, das abgeschieden werden soll. Es sollten 2 gegenüberliegende Anoden verwendet werden, um eine gleichmäßigere Abscheidung zu erreichen. Beachte hierzu die Grafiken. (Sollte es nicht möglich sein, eine derartige Anodenanordnung zu erreichen, kann eine gleichmäßige Beschichtung des Werkstücks durch kontinuierliches Drehen erreicht werden.)
     Beachte hierzu auch den Bereich "Die Streuung in der Galvanik"
     
   • Kathode: Setze die Kathode (z.B. das Schmuckstück) ebenfalls in die Lösung ein. Dies ist das Werkstück, auf dem das Metall abgeschieden wird.
     
     

3. Verbindung mit der Stromquelle:

   • Verbinde die Anode (Kupferplatte) mit dem positiven Pol der Stromquelle.
   • Verbinde die Kathode (Werkstück) mit dem negativen Pol der Stromquelle. Dadurch wird die Kathode negativ geladen, was zur Abscheidung des Metalls auf ihr führt.
     
     

4. Stromfluss einschalten:

   • Schalte die Stromquelle ein. Die Metallionen in der Lösung (z.B. Cu²⁺-Ionen) werden von der Kathode angezogen, da sie negativ geladen ist. Die Ionen werden zu neutralen Metallatomen reduziert und lagern sich auf der Oberfläche der Kathode ab.

Funktionsweise:

• Anode (Kupferplatte): Die Anode löst sich durch den Stromfluss teilweise auf, wobei Kupferionen (Cu²⁺) in die Lösung freigesetzt werden, dadurch bleibt die Konzentration der Kupferionen in der Elektrolytlösung konstant:

Cu → Cu²⁺ + 2e⁻

• Kathode (Werkstück): An der Kathode werden die Kupferionen (Cu²⁺) aus der Lösung durch die Elektronen reduziert und als metallisches Kupfer auf dem Werkstück abgeschieden:

Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu

Wichtige Hinweise:

• Stromstärke und Zeit: Die Stromstärke und die Dauer des Prozesses bestimmen die Dicke der abgeschiedenen Metallschicht. Höhere Stromstärken und längere Zeiten führen zu dickeren Schichten.
• Temperatur: Die Temperatur der Elektrolytlösung kann die Abscheidungsrate beeinflussen. Höhere Temperaturen können den Prozess beschleunigen, aber auch die Qualität der Schicht beeinflussen.
• Reinheit der Elektrolytlösung: Verunreinigungen in der Lösung können die Qualität der abgeschiedenen Metallschicht beeinträchtigen.

Ergebnis:

Durch diesen Aufbau wird eine gleichmäßige Metallschicht auf dem Werkstück abgeschieden. Dies ist das grundlegende Prinzip der Galvanisierung, das in vielen industriellen Prozessen verwendet wird, um Metalle zu beschichten und Oberflächen zu schützen oder zu veredeln.

Allgemeiner Aufbau:

Vergleich der Abscheidung: