У каждого мастера свой путь. Когда появляется опыт в основной сфере работы, хочется немного разнообразить изделия, совместить другие техники... Именно о таком порыве и пойдет речь. Я давно заглядываюсь на технику травления металла, уж очень красиво изделия в этой технике получаются. И как всегда увидев что-то новое, хочется срочно в этом разобраться! И вот все вокруг становится не таким уж важным, ведь тебе это нужно... жизненно необходимо! Знакомое чувство?
Итак, в серии этих статей я остановлюсь на 5 возможных составах для травления меди, показав их химическую и бытовую стороны. Многие составы не являются открытием, так как использовались нашими дедами из поколения в поколение. А еще часто случается, что очень хочеться, но компонентов не найти... и взлетели бы, да крылья связаны. И тут вас ждет сюрприз!
Особую благодарность приношу автору уравнений и выводов к ним! Автор: Murlock, Опубликовано 27.03.2012.
С 1 по 4 пункты рассматриваем классику. А 5 пункт — это десерт для страждущих! Так что, если вы опытны и рассмотрение классических подходов вам не интересно, переходите сразу к пятому.
1. Травление меди раствором хлорного железа.
Рис. 1 1 - стандартная упаковка; 2 - шестиводное хлорное железо; 3 - безводное хлорное железо (растворяется в воде со спецэффектами, но получаемый раствор аналогичен раствору из водного железа); 4 - раствор в начале травления; 5 - отработанный раствор хлорного железа.
А теперь немного химии.
Уравнение реакции при травлении хлорным железом (далее по тексту ХЖ) выглядит следующим образом:
(1) 2FeCl3+ Cu2FeCl2+CuCl2
Окислительно-восстановительные процессы, протекающие при этом, выглядят так:
(2) Cu Cu2++2e +0,337 В
(3) Fe3- + e Fe2- +0,771 В
Движущая сила (разность нормальных ОВП потенциалов) для этой реакции составляет:
0,434 В.
Это не так уж и мало, но, потенциал и скорость процесса сильно уменьшаются по мере накопления в растворе продуктов реакции, что наверняка было всеми замечено. Поработавший раствор травит медь заметно медленнее, чем свежий.
Некоторые пытаются «оживить» отработанный раствор, осаждая из него медь гвоздями, скрепками и прочим, получая, сначала прозрачный зеленовато-голубоватый раствор,
(4) CuCl2 + Fe FeCl2 + Cu
Очень медленно превращающийся при доступе воздуха в ни к чему непригодную «чёрную жижу»,
4FeCl2+2H2O+O2 2FeCl3 +Fe(OH)3+ Fe(O)Cl +HCl (имеет склонность улетучиться)
- которая при утилизации разукрашивает сантехнику в цвета ржавчины. Однако удаление меди из отработанного раствора, совершенно бесполезно, поскольку вместо неё в растворе прибавляется хлорид закисного железа FeCl2, который растворять медь не способен в принципе. Вопрос регенерации ХЖ решило бы добавление соляной кислоты, но если у вас она есть, и работать с ней вы согласны, то вам совершенно не нужно отработанное ХЖ, об этом ниже.
Достоинства:
- умеренная скорость травления меди
- использование единственного основного компонента, а именно хлорного железа
- простота изготовления раствора «на глаз», главное, чтобы концентрация была достаточной
- некритичная температура окружающей среды
Недостатки:
- Скорость травления и ОВП раствора заметно снижаются по ходу процесса.
- Большим минусом этого метода можно назвать невысокую доступность хлорного железа для рядового обывателя.
- Относительная дороговизна, порой на рынках заламывают немалую цену за мелкую фасовку.
- Также, немалым минусом являются трудноудаляемые пятна, которые оставляет хлорное железо на всём, с чем только не соприкоснётся. Одежда портится, обычно, необратимо.
- ХЖ заметно летуче, особенно при нагревании, плохо хранится (гидролизуется) при доступе воздуха, склонно вылезать из негерметичной тары, загрязняя собой и продуктами своего гидролиза все окружающие предметы.
2. Травление медным купоросом с солью.
Рис. 2 1 - варианты фасовки (возможны разные, можно приобрести в магазинах для цветов); 2 - соль и медный купорос; 3 - раствор бирюзового цвета до травления; 4 - отработанный раствор медного купороса.
В упрощенном виде реакция выглядит так:
(5) Cu+CuSO4+2NaCl 2CuCl +Na2SO4
(6) CuCl+NaCl Na[CuCl2]
Тут ключевую роль играет хлорид натрия (соль), поскольку медь с медным купоросом практически не реагирует.
Электрохимия при травлении смесью медного купороса с солью такова:
(7) Cu+ Cl- CuCl+e +0,137 В
(8) Cu2++Cl-+e CuCl +0,54 В
Движущая сила для этой реакции получилась немного меньше чем, у раствора хлорного железа — около 0,40 В. Следует заметить, что в процессе травления, на поверхности меди образуется осадок продукта реакции — нерастворимый хлорид меди(I) CuCl. Для успешного проведения травления просто необходим значительный избыток NaCl и подогрев, которые помогают справиться с этой напастью.
Несмотря на то, что отработанный раствор напоминает «чёрную жижу», он поглощает кислород из воздуха, и при подкислении, может быть регенерирован.
(9) 4CuCl + O2 + 4HCl 4CuCl2 +2H2O
а без кислоты будет как-то так
4CuCl + O2 + 2H2O 4Cu(OH)Cl
Достоинства:
- доступность медного купороса, широко применяемого в сельском хозяйстве, как средство защиты растений.
- в отличие от ХЖ не оставляет таких пятен и разводов. Пятна получаются другого цвета — синие. Но, они легко удаляются уксусом.
Недостатки:
- медный купорос ядовит
- в последнее время цена медного купороса бьет рекорды, в отличие от размеров фасовки, которые систематически уменьшаются
- требуется подогрев раствора для быстрого протекания реакции (6)
- невысокая скорость травления
Вот, пока пыталась выложить статью, оказалось, что она слишком большая. И пришлось ее разделить на 3 части.
Надеюсь информация о первых двух способах кому-нибудь пригодится! А нас ждут еще 3 способа!
Вторая часть.
Третья часть.