Mis on galvaaniline pinnakate ja kuidas see töötab?

Elektrokeemia on protsess, mille käigus valitud metalli väga õhukesed kihid seotakse teise metalli pinnaga molekulaarsel tasemel. Protsess ise hõlmab elektrolüütilise elemendi loomist: seade, mis kasutab molekuli viimiseks konkreetsesse kohta elektrit.

Galvaaniline pinnakate on elektrolüütiliste elementide pealekandmine, mille käigus õhuke metallikiht kantakse elektrit juhtivale pinnale. Rakk koosneb kahest elektroodid (juhid), tavaliselt metallist, mis on üksteisest eemal. Elektroodid on sukeldatud elektrolüüti (lahusesse).

Kui elektrivool on sisse lülitatud, positiivsed ioonid elektrolüüdis liikuda negatiivselt laetud elektroodini, mida nimetatakse katoodiks. Positiivsed ioonid on aatomid, mille ühte elektroni on liiga vähe. Katoodini jõudes ühendavad nad elektronidega ja kaotavad positiivse laengu.

Samal ajal liiguvad negatiivselt laetud ioonid positiivsele elektroodile, mida nimetatakse anoodiks. Negatiivselt laetud ioonid on ühe elektroniga aatomid liiga palju. Positiivse anoodi saavutamisel kannavad nad oma elektronid sellele üle ja kaotavad negatiivse laengu.

Galvaanimise ühel kujul paikneb plaatitav metall vooluahela anoodil, plaaditav element asub katood. Nii anood kui katood on sukeldatud lahusesse, mis sisaldab lahustunud metallisoola, näiteks anoodi pinnatud metalli ioon ja muud ioonid, mis võimaldavad elektrienergia voolu läbi vooluring.

Anoodile antakse alalisvoolu, oksüdeerides selle metalli aatomid ja lahustades need elektrolüüdi lahuses. Lahustunud metalliioonid redutseeritakse katoodil, plaadistades metalli esemele. Ahelat läbiv vool on selline, et anoodi lahustumise kiirus on võrdne katoodi plaadistamise kiirusega.

On mitu põhjust, miks võiksite juhtiva pinna katta metalliga. Ehete või hõbeesemete hõbetamine ja kuldamine toimub tavaliselt esemete väljanägemise ja väärtuse parandamiseks. Kroomimine parandab esemete väljanägemist ja parandab ka nende kulumist. Korrosioonikindluse tagamiseks võib kasutada tsingi- või tinakatteid. Mõnikord teostatakse galvaaniline katmine lihtsalt eseme paksuse suurendamiseks.

Galvaniseerimisprotsessi lihtsaks näiteks on vase galvaniseerimine, milles metall peab olema anoodina kasutatakse pinnatud (vaske) ja elektrolüüdilahus sisaldab metalli iooni pinnatud (Cu²⁺ selles näites). Vask läheb anoodi juures lahusesse, kuna see on katoodiga kaetud. Cu püsiv kontsentratsioon²⁺ hoitakse elektroode ümbritsevas elektrolüüdilahuses:

• Anood: Cu (id) → Cu²⁺(aq) + 2 e^-
• Katood: Cu²⁺(aq) + 2 e^- → Cu (d)