Musluğun Parlak Kabuğu
Banyodaki parlak musluk çoğu zaman pirinçtir; üzerinde yaklaşık 10 mikron (0,01 mm) nikel, onun da üstünde yalnız birkaç yüz nanometre krom vardır. Nikel pürüzsüz ve korozyona dayanıklı bir taban, krom sert ve parlak bir yüz verir. Bu katmanlar elektrolizle, mikron düzeyinde ayarlanarak kaplanır.
Kaplama, metal iyonlarının indirgenip yüzeyde birikmesidir. İndirgenme katotta olduğuna göre düzeneğin kurgusu buradan çıkar.
Kim Nereye Bağlanır?
| Bileşen | Ne olur? | Görevi |
|---|---|---|
| Katot (− uç) | Kaplanacak parça | Metal iyonları burada indirgenip birikir |
| Anot (+ uç) | Kaplama metalinin kendisi | Çözünerek harcanan iyonları yeniler |
| Çözelti | Kaplama metalinin tuzu | İyon kaynağıdır, akımı iletir |
Bakır kaplamada anot bakır, çözelti $\mathrm{CuSO_4}$; gümüş kaplamada anot gümüş, çözelti gümüş iyonu içerir. Anotta $\mathrm{Cu \rightarrow Cu^{2+} + 2e^-}$, katotta $\mathrm{Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu}$: anotta ne kadar iyon çözünürse katotta o kadar birikir, derişim sabit kalır. Anot olarak platin gibi tepkimeye girmeyen (inert) bir metal kullanılırsa iyonlar yenilenmez ve kaplama zamanla yavaşlar.
Yüzey hazırlığı zorunludur. Biriken atomlar doğrudan parçanın atomlarına tutunmalıdır. Araya giren yağ ya da oksit filmi bu bağı keser ve kaplama pul pul dökülür. Parça önce yağdan arındırılır, sonra asitle oksit tabakası sökülür.
Plastik parçalar da kaplanabilir; ama yalıtkan oldukları için önce yüzeylerine kimyasal yolla ince bir iletken katman kazandırılır.
Kalınlıktan Süreye
Soru: 50 cm² yüzeyli bir parça 10 µm kalınlığında nikelle kaplanacak. Akım 0,50 A ise kaç dakika gerekir? (Ni = 58,7 g/mol, yoğunluk 8,9 g/cm³)
Hacim: 10 µm = $10^{-3}$ cm. $V = 50 \cdot 10^{-3} = 0{,}05$ cm³.
Kütle ve mol: $m = 0{,}05 \cdot 8{,}9 = 0{,}445$ g; $0{,}445 / 58{,}7 \approx 0{,}00758$ mol.
Elektron ve yük: $\mathrm{Ni^{2+} + 2e^-}$, elektron $\approx 0{,}0152$ mol; $q \approx 0{,}0152 \cdot 96\,500 \approx 1463$ C.
Süre: $t = q / I = 1463 / 0{,}50 \approx 2926$ s, yaklaşık 49 dakika.
Gerçek banyoda akımın bir kısmı yan tepkimeye (suyun hidrojen vermesine) gider. Akım verimi %80 ise süre $2926 / 0{,}80 \approx 3658$ s, yaklaşık 61 dakikaya uzar.
Mini soru: 3 A akımla 20 dakikada elde edilen kalınlık 2 A ile kaç dakikada elde edilir? Aynı kalınlık aynı yüktür: $3 \cdot 20 = 2 \cdot t$, $t = 30$ dakika. Sabit akımda kalınlık-süre grafiği bu yüzden doğrudur.
Hızlı Kaplama Neden Kötü Kaplama?
Akımı artırmak süreyi kısaltır ama sınırsız artırılamaz. Düzgün bir kaplama, atomların yüzeye tek tek yerleşip düzenli kristal kurmasını ister. Aşırı akımda iyonlar yüzeye yetişemez, birikme düzensizleşir; yüzey pürüzlü, gevşek, bazen toz gibi çıkar ve tutunmaz.
Karmaşık biçimli parçalarda da kalınlık her yerde aynı olmaz. Çıkıntılar anoda daha yakındır ve daha çok akım çeker; girintiler ince kalır. Bu yüzden kaplamacılar parçayı döndürür, anodu parçanın biçimine göre yerleştirir.
Sıcaklık ve derişim de ayarlanır. Çözelti fazla seyreltikse iyonlar katot yüzeyinde hızla tükenir ve akımın payı suyun indirgenmesine kayar; katotta hidrojen kabarcıkları görülür, akım verimi düşer. Mini soru: kabarcıklar arttığında aynı kalınlık için süre uzar mı? Evet; akımın bir kısmı metal biriktirmeye gitmiyor.
Çinko Korur, Kalay Aldatır
- Çinko kaplama (galvanizleme): çinko demirden aktiftir. Kaplama çizilse bile çizikte çinko anot olur, önce o yükseltgenir; demir korunmayı sürdürür. Koruma yalnız fiziksel örtü değil, elektrokimyasaldır.
- Kalay kaplama (konserve kutusu): kalay demirden soydur. Sağlamken iyi bir örtüdür ama çizildiğinde demir anot olur ve paslanma çiziksiz demirden bile hızlı ilerler.
- Altın kaplama (bağlantı uçları): altın yükseltgenmediği için temas direnci yıllar içinde artmaz; kaplama çok ince olduğu için maliyet düşük kalır.
Sık Yapılan Hata
1. Kaplanacak parçayı anoda bağlamak. Anotta yükseltgenme olur; parça kaplanmaz, çözünür.
2. Anodu kaplama metalinden farklı seçmek. Çözeltinin derişimi düşer, kaplama yavaşlar.
3. Yüzey hazırlığını atlamak. Katman tutunmaz.
4. Konserve kutusundaki kalayı çinko gibi sanmak. Çizilen kalay korozyonu hızlandırır.
AYT ipucu: "kuyumcu bakır yüzüğü gümüşle kaplıyor" tipi sorularda yüzük katot, gümüş anot, çözelti gümüş iyonu içerir. Kalınlık sorularında önce kütleyi (hacim × yoğunluk), sonra elektron molünü bulun.
Sık sorulanlar
Kaplanacak parça anot mu katot mu?
Katot. Kaplama, metal iyonlarının indirgenip yüzeyde birikmesidir ve indirgenme katotta olur. Parça anoda bağlanırsa kaplanmaz, tersine çözünür.
Konserve kutusu çizilince neden hızlı paslanıyor?
Kalay demirden daha soydur. Çizik bölgede demir anot, kalay katot olur ve demirin yükseltgenmesi hızlanır. Çinko kaplamada tam tersi olur, çünkü çinko demirden aktiftir.
Akımı artırırsam daha hızlı kaplarım, sorun var mı?
Var. Aşırı akımda atomlar düzenli dizilmeye fırsat bulamaz; yüzey pürüzlü, gevşek ve tutunmasız çıkar. Hız ile kalite arasında bir denge gerekir.