Galvanotechnik

Inhaltsverzeichnis
1. Geschichte der Galvanotechnik
2. Elektrolyse
3. Galvanische Verfahren
3.1 Dekorative Galvanotechnik
3.2 Funktionelle Galvanotechnik
4. Bereiche der Galvanotechnik
5. Galvanische Elektrolyte
6. Sonstiges
7. Quellangabe
1. Geschichte der Galvanotechnik
Die Galvanotechnik ist nach dem Physiker Luigi Galvani benannt, dem Entdecker der galvanischen
Elektrizität.
Es wird aber davon ausgegangen, dass schon in der Antike die Vergoldung von Gegenständen mithilfe
von Galvanotechniken bekannt war. Dazu könnte nach Ansicht einiger Wissenschaftler die
sogenannte „Batterie von Bagdad“? ein flaschenähnliches Tongefäß mit einem Kupferzylinder und
einem davon durch Bitumen isolierten Eisenstab im Inneren –, das 1936 bei Bagdad gefunden wurde,
gedient haben.
Heute versteht sich die Galvanotechnik als Schlüsseltechnologie, ohne die viele Dinge nicht oder
nicht in dieser Form möglich währen. Die Anwendungsbereiche der Galvanotechnik erstreckt sich von
der dekorativen Beschichtung über den Korrosionsschutz, Verschleißschutz, Verbesserung der
Leitfähigkeit, Verbesserung der Kontaktierung bis hin zur Katalyse und darüber hinaus. Auch wenn
aus der Endanwendung die Galvanotechnik nicht offensichtlich hervor geht, da dieser Prozess meist
nur ein kleiner Teil des Ganzen ist, so kann man heute sagen, dass kaum ein metallischer Gegenstand
beim Endanwender landet, ohne dass dieses eine Galvanik durchlaufen hätte.
Da Arbeits-, Gesundheits- und Umweltschutz in der Branche über mehr als 150 Jahre teilweise stark
vernachlässigt wurden, haftet der Galvanotechnik bis heute ein mittlerweile ungerechtfertigt
schlechter Ruf an. Die moderne Galvanotechnik ist nicht nur für die Einsparung von vielen
Ressourcen verantwortlich sondern auch sehr umweltfreundlich. Abwasser und Abluft aus einer
Galvanik sind meist weniger belastet als die Luft und das Wasser, welche in eine Galvanik hinein
gelangen.
2. Elektrolyse
Durch zwei Elektroden wird ein elektrischer Gleichstrom in eine leitfähige Flüssigkeit (siehe
Elektrolyt) geleitet. An den Elektroden entstehen durch die Elektrolyse Reaktionsprodukte aus den im
Elektrolyten enthaltenen Stoffen.
Die Spannungsquelle bewirkt einen Elektronenmangel in der mit dem Pluspol (Anode) verbundenen
Elektrode und einen Elektronenüberschuss in der anderen, mit dem Minuspol (Kathode)
verbundenen Elektrode. Die Lösung zwischen der Kathode und Anode enthält als Elektrolyte positiv
und negativ geladene Ionen. Die positiv geladenen Kationen wandern durch das Anlegen einer
Spannung zur negativ geladenen Kathode. An der Kathode nehmen sie ein oder mehrere Elektronen
auf und werden dadurch reduziert. An der Anode läuft der entgegengesetzte Prozess ab. Dort geben
die negativ geladenen Anionen Elektronen ab, werden also oxidiert. Die Menge der an der Anode
übertragenen Elektronen ist gleich der an der Kathode übertragenen.
Die Spannung, die zur Elektrolyse mindestens angelegt werden muss, wird als Zersetzungsspannung
(Uz oder Ez) bezeichnet. Diese oder eine höhere Spannung muss angelegt werden, damit die
Elektrolyse überhaupt abläuft. Für jeden Stoff, für jede Umwandlung von Ionen zu zwei oder
mehratomigen Molekülen kann die Zersetzungsspannung, das Abscheidepotential anhand des
Redoxpotentials ermittelt werden. Aus dem Redoxpotential erhält man noch weitere Hinweise, wie
zur elektrolytischen Zersetzung von Metallelektroden in Säure oder zur Verminderung von
Zersetzungsspannung durch Abänderung des pH-Wertes. So lässt sich durch das Redoxpotential
berechnen, dass die adonische Sauerstoffbildung bei der Wasserelektrolyse von Wasser in basischer
Lösung (Zersetzungsspannung: 0,401 V) unter geringerer Spannung abläuft als in saurer
(Zersetzungsspannung: 1,23 V) oder neutraler (Zersetzungsspannung: 0,815 V) Lösung, an der
Kathode hingegen bildet sich Wasserstoff leichter unter sauren Bedingungen als unter neutralen
oder basischen Bedingungen.
Sind in einer Elektrolytlösung mehrere reduzierbare Kationen vorhanden, so werden zunächst die
Kationen reduziert, die in der Redoxreihe (Spannungsreihe) ein positiveres (schwächer negatives)
Potential haben. Bei der Elektrolyse einer wässrigen Kochsalzlösung bildet sich an der Kathode
normalerweise Wasserstoff und nicht Natrium. Auch beim Vorliegen von mehreren Anionenarten,
die oxidiert werden können, kommen zunächst diejenigen zum Zuge, die in der Redoxreihe möglichst
nahe am Spannungsnullpunkt liegen, also ein schwächeres positives Redoxpotential besitzen.
Nach Überschreiten der Zersetzungsspannung wächst mit Spannungszunahme proportional auch die
Stromstärke. Nach Faraday ist die Gewichtsmenge eines elektrolytisch gebildeten Stoffs proportional
zu der geflossenen Strommenge (Stromstärke multipliziert mit der Zeit, siehe Faradaysche Gesetze).
Für die Bildung von 1 g Wasserstoff (etwa 11,2 Liter, bei der Bildung eines Wasserstoffmoleküls
werden zwei Elektronen benötigt) aus wässriger Lösung wird eine Strommenge von 96485 C
benötigt. Bei einem Strom von 1 A dauert die Bildung von 11,2 Litern Wasserstoff also 26 Stunden
und 48 Minuten.
Neben dem Redoxpotential ist noch die Überspannung (das Überpotential) von Bedeutung. Aufgrund
von kinetischen Hemmungen an Elektroden benötigt man häufig eine deutlich höhere Spannung als
sich dies aus der Berechnung der Redoxpotentiale errechnet. Die Überspannungseffekte können – je
nach Materialbeschaffenheit der Elektroden – auch die Redoxreihe ändern, so dass andere Ionen
oxidiert oder reduziert werden als dies nach dem Redoxpotential zu erwarten gewesen wäre.
Kurz nach Abschaltung einer Elektrolyse kann man mit einem Amperemeter einen Stromausschlag in
die andere Richtung feststellen. In dieser kurzen Phase setzt der umgekehrte Prozess der Elektrolyse,
die Bildung einer galvanischen Zelle ein. Hierbei wird nicht Strom für die Umsetzung verbraucht,
sondern es wird kurzzeitig Strom erzeugt; dieses Prinzip wird bei Brennstoffzellen genutzt.
Mitunter ist es ratsam, zur Vermeidung unerwünschter chemischer Reaktionen Kathodenraum und
Anodenraum voneinander zu trennen und den Ladungsaustausch zwischen Anoden- und
Kathodenraum nur durch ein poröses Diaphragma – häufig ein Ionenaustauscherharz – stattfinden zu
lassen. Bei der technischen Elektrolyse zur Herstellung von Natronlauge ist dies recht wichtig. Zur
Verfolgung von Stoffumsatz, Wanderungsgeschwindigkeiten von Ionen kann auch das Wissen von
molaren Grenzleitfähigkeiten wichtig sein.
Wenn man durch eine Elektrolyse eine Trennung einzelner Moleküle oder Bindungen erzwingt, wirkt
gleichzeitig ein galvanisches Element, dessen Spannung der Elektrolyse entgegenwirkt. Diese
Spannung wird auch als Polarisationsspannung bezeichnet.
3. Galvanische Verfahren
3.1 Dekorative Galvanotechnik
Generell wird zwischen funktionaler und dekorativer Galvanotechnik unterschieden. Letztere dient
vorwiegend der Verschönerung von Gegenständen und muss für diesen Zweck gewisse technische
Mindesteigenschaften besitzen. Beispiele für die dekorative Galvanotechnik sind die
Kunststoffgalvanisierung, die Verchromung von Stahlrohrmöbeln und Motorrädern und die
Vergoldung von Schmuck und Essbesteck.
3.2 Funktionelle Galvanotechnik
Die funktionale Galvanotechnik dient dem Korrosionsschutz, dem Verschleißschutz, der Katalyse oder
der Verbesserung elektrischer Leitfähigkeit. Beispiele hierfür sind die Verzinkung von Schrauben, die
Beschichtung von Maschinenteilen mit Hartchrom, die Herstellung von metallischen, meist Nickeloder
platinhaltigen Katalysatoren für die chemische Industrie oder Brennstoffzellen sowie die
Vergoldung und Versilberung von elektrischen Kontakten. Elektrische Kontakte – sogenannte Pins –
aus unterschiedlichen Kupferwerkstoffen werden zumeist galvanisch verzinnt. Um zu verhindern,
dass Stoffe des Grundmaterials durch die Zinnschicht hindurch diffundieren, wird vor der Verzinnung
in der Regel eine Nickel- oder Kupfer-Sperrschicht aufgetragen.
Auch die Herstellung optischer Datenträger (CDs/DVDs) in einem Presswerk basiert auf
Galvanotechnik.
4. Bereiche der Galvanotechnik
Die Galvanotechnik teilt sich in folgende Bereiche ein:
> CD-Herstellung: Datenspeicherschicht wird mit einem speziellen, einseitigem Galvanoverfahren
aufgebracht.
> Autoteile: Vor allem Alu-Felgen, oder auch andere Teile werden verchromt.
> Färben von Metall: Oft wird ein Metall durch Galvanisieren gefärbt, um ein gewissen Farbglanz zu
erzielen und es vor Korrosion zu schützen.
> Leiterplattenherstellung: Stellt die Verbindung zwischen befestigten Platinenteilen her, z.B. wie
Transistor oder auch Widerstände.
> Kunststoffgalvanisierung: Natürlich kann man mit der Galvanotechnik auch Kunststoffe wie Plastik
einfärben, z.B. für Spielzeug usw.
> Metallische Bauteile: Sie werden vernickelt oder verchromt, um z.B. bei einer Trompete die
typische Farbe zu erlangen.
5. Galvanische Elektrolyte
* Aluminiumelektrolyte
* Antimonelektrolyte
* Bleielektrolyte
* Bronzeelektrolyte
* Cadmiumelektrolyte
* Cobaltelektrolyte
* Chromelektrolyte
* Eisenelektrolyte
* Goldelektrolyte
* Indiumelektrolyte
* Kupferelektrolyt
* Manganelektrolyte
* Messingelektrolyte
* Nickelelektrolyte
* Nickel-Eisen-Elektrolyte
* Palladiumelektrolyte
* Platinelektrolyte
* Rheniumelektrolyte
* Rhodiumelektrolyte
* Rutheniumelektrolyte
* Silberelektrolyte
* Wismutelektrolyte
* Wolframelektrolyte
* Zinkelektrolyte
* Zinnelektrolyte
6. Sonstiges
Weitere wichtige Punkte innerhalb der Galvanotechnik sind die Abwasseraufbereitung und der damit
verbundene Umweltschutz, die Belehrung im Umgang mit gefährlichen Chemikalien und das Arbeiten
im Labor. Die Dicke des entstehenden Metallüberzug variiert je nach Anwendung: dekorative
Schichten (z.B. Gold oder Glanzchrom) haben oft Schichtstärken kleiner 1 Mikrometer, während
funktionelle Schichten deutlich dicker sind (Zink oder Nickel als Korrosionsschutz ca. 10 μm,
Hartchrom oder Nickel als mechanisch funktionelle Schichten (z.B. in Hydraulikzylindern) meist 100 –
500 μm).
7. Quellangabe
www.wikipedia.com
www.Dohmeier.de
www.penz-galvanotechnik.de

Ähnliche Referate

  • HybridautosHybridautos Hybridautos Hybrid: […]
  • Co2Co2 Kohlenstoffdioxid - Co2 Das […]
  • WasserWasser Wasser Wasser (H2O) ist […]

Hinterlasse eine Antwort