化学・電気化学/原理と探求
銅の電気めっきの解説
銅電解めっきでは、流出した電荷量が析出する銅の量を決定します。一定電流・めっき時間・表面積を変えてめっき質量と平均厚さを比較してみてください。同じ量の銅が広く広がるにつれて、厚さが薄くなることを質量保存と共に見てください。
どのような原理？
質量は電流・時間に比例し、面積には無関係です。同じ質量をより広くめっきすると平均厚さが薄くなります。
重要な関係
Ｑ＝Ｉｔ・ｍ＝ＱＭ／（ｎＦ）・平均厚さ＝ｍ／（ρ・面積）
観察してみよう
- 硫酸銅溶液と銅陽極・めっきする陰極を使用します。電源を入れるとCu²⁺が陰極から電子を受けて析出します。倍速時間は計器にsで表示します。
- 1Aと2Aで3600秒めっきした質量を比較します。
- 基準条件で面積だけを2倍または時間だけ半分に変更します。面積は平均厚さにのみ影響します。
結果を読み解く
電流効率100％で銅析出質量を決定するには？
m=ItM/(nF)で平均厚さはm/(ρ・面積)です。面積は同じ質量をどれだけ広く分けるかを決めます。
モデルの仮定と限界
電流効率100%、一定電流、M=63.55 g/mol、n=2、F=96485 C/mol、ρ=8.96 g/cm³の教育用モデルです。銅陽極が供給するCu²⁺が十分で濃度枯渇・副反応・電圧・表面粗さ・厚さムラは除きます。面積は全めっき表面積であり、均一な平均厚さのみを計算します。めっき層図の厚さは拡大演出です。