Penyaduran elektrik ialah satu aplikasi elektrolisis, iaitu penggunaan tenaga elektrik untuk memacu tindak balas kimia yang tidak berlaku secara spontan dalam arah yang dikehendaki. Objek yang hendak disadur dijadikan katod. Ion logam dalam elektrolit menerima elektron pada permukaan katod lalu membentuk atom logam pepejal.
Daripada ion kepada lapisan logam
Bayangkan kita mahu menyalut objek logam dengan kuprum. Satu susunan mudah menggunakan larutan yang mengandungi ion Cu²⁺, objek sebagai katod dan kuprum sebagai anod. Pada permukaan objek, ion kuprum menerima elektron dalam tindak balas penurunan, Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s). Atom kuprum yang terhasil menjadi sebahagian daripada lapisan pepejal pada katod.
Jika anod juga diperbuat daripada kuprum, tindak balas songsang berlaku di situ, Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻. Atom kuprum pada anod teroksida menjadi ion dalam larutan. Secara ideal, susunan ini memindahkan kuprum daripada anod ke katod melalui gabungan tindak balas elektrod.
Katod bukan sekadar nama untuk elektrod negatif
Dalam sel elektrolisis biasa, katod disambungkan kepada terminal negatif bekalan kuasa dan menerima elektron melalui litar luar. Namun definisi kimia yang lebih asas ialah katod ialah elektrod tempat penurunan berlaku, manakala anod ialah tempat pengoksidaan berlaku. Peraturan ini juga terpakai pada sel elektrokimia lain, walaupun tanda positif dan negatif elektrod boleh berbeza antara sel elektrolisis dengan sel galvanik.
Mengapa objek mesti menjadi katod?
Objek perlu berada di tempat ion logam menerima elektron. Jika objek dijadikan katod, elektron dibekalkan ke permukaannya, dan ion Cu²⁺ yang sampai ke antara muka elektrod dengan elektrolit boleh menerima dua elektron lalu menjadi Cu(s). Jika sambungan diterbalikkan sehingga objek menjadi anod, tindak balas padanya tidak lagi semestinya pemendapan logam, dan bagi logam yang boleh teroksida, bahan objek sendiri mungkin terlarut.
Adakah ion kuprum bergerak terus dari anod ke satu titik pada objek?
Model kartun kadangkala menunjukkan satu ion meninggalkan anod lalu bergerak lurus ke katod dan menjadi atom pada tempat yang sepadan. Itu ialah pemudahan. Dalam elektrolit, cas dibawa melalui pergerakan ion, dan ion Cu²⁺ berhampiran katod digunakan dalam penurunan manakala ion dari bahagian lain larutan sampai ke kawasan itu melalui resapan dan, bergantung pada sistem, perolakan serta migrasi elektrik.
Lebih banyak arus, lebih banyak logam?
Jumlah elektrik yang melalui sel ialah cas Q = It, dengan I ialah arus dan t ialah masa. Hukum Faraday menghubungkan cas ini dengan jumlah bahan yang bertindak balas pada elektrod. Satu mol elektron membawa kira-kira 96 485 coulomb. Oleh sebab setiap ion Cu²⁺ memerlukan dua elektron, dua mol elektron diperlukan untuk memendapkan satu mol kuprum. Secara ideal, jisim logam ialah m = ItM / nF, dengan M ialah jisim molar, n bilangan elektron bagi setiap ion dan F pemalar Faraday.
Namun menggunakan arus sebesar mungkin ialah kesimpulan yang salah. Dalam eksperimen kuprum, arus yang terlalu tinggi boleh menghasilkan mendapan serbuk dan tidak sekata, manakala arus lebih rendah boleh menghasilkan lapisan yang lebih licin.
Mengapa permukaan perlu bersih?
Lapisan logam juga perlu melekat pada substrat. Minyak, oksida dan pencemaran pada permukaan boleh mengganggu hubungan antara elektrolit dengan permukaan dan menghasilkan saduran tidak seragam atau lekatan yang buruk. Dalam penyaduran industri, penyediaan permukaan, komposisi elektrolit, ketumpatan arus, suhu, pengangkutan jisim dan bahan tambahan semuanya mempengaruhi bentuk lapisan. Maka rajah sekolah dengan dua elektrod dalam larutan menerangkan prinsip redoks asas, tetapi bukan keseluruhan kejuruteraan proses sebenar.
Bagaimana kita mengetahui hal ini?
Dalam penyaduran kuprum, mengapakah objek yang hendak disadur dijadikan katod?