Описание элемента
Медь считается старейшим из металлов, который научились добывать люди ещё до нашей эры. Это вещество получают из природных источников в виде руды. Медью называют элемент химической таблицы с латинским наименованием cuprum, порядковый номер которого равен 29. В периодической системе он расположен в четвёртом периоде и относится к первой группе.
Природное вещество является розово-красным тяжёлым металлом с мягкой и ковкой структурой. Температура его кипения и плавления – более 1000 °С. Считается хорошим проводником.
Химическое строение и свойства
Если изучить электронную формулу медного атома, то можно обнаружить, что у него имеется 4 уровня. На валентной 4s-орбитали находится всего один электрон. Во время химических реакций от атома может отщепляться от 1 до 3 отрицательно заряжённых частиц, тогда получаются соединения меди со степенью окисления +3, +2, +1. Наибольшей устойчивостью обладают её двухвалентные производные.
В химических реакциях она выступает в качестве малоактивного металла. В обычных условиях растворимость меди в воде отсутствует. В сухом воздухе не наблюдается коррозия, зато при нагревании поверхность металла покрывается чёрным налётом из оксида двухвалентного. Химическая устойчивость меди проявляется при действии безводных газов, углерода, ряда органических соединений, фенольных смол и спиртов. Для неё характерны реакции комплексообразования с выделением окрашенных соединений. Медь обладает небольшим сходством с металлами щелочной группы, связанным с формированием производных одновалентного ряда.
Что такое растворимость?
Это процесс образования однородных систем в виде растворов при взаимодействии одного соединения с другими веществами. Их составляющими являются отдельные молекулы, атомы, ионы и другие частицы. Степень растворимости определяется по концентрации вещества, которое растворили при получении насыщенного раствора.
Единицей измерения чаще всего являются проценты, объёмные или весовые доли. Растворимость меди в воде, как и других соединений твёрдого вида, подчиняется лишь изменениям температурных условий. Эту зависимость выражают с помощью кривых. Если показатель очень маленький, то вещество считается нерастворимым.
Как ухаживать за медными изделиями?
Есть несколько рекомендаций, касающихся правильного ухода за медными предметами. Они помогут как можно дольше сохранить естественный вид металла, поэтому не стоит ими пренебрегать.
Таких рекомендаций несколько:
- Необходимо регулярно поддерживать чистоту медной посуды. После каждого использования нужно тщательно мыть и вытирать полотенцем. Остаточная влага может привести к почернению поверхности.
- Для очистки нельзя использовать абразивные вещества, а также средства с содержанием хлора и аммиака. Чтобы не допустить появления царапин на поверхности, нельзя использовать металлические лопатки и ложки, а также щетки с грубой щетиной для очистки.
- Медные украшения следует как можно чаще протирать влажными салфетками. Это нужно для того, чтобы удалять с их поверхности кожный жир.
- Мыть изделия следует только вручную, не используя посудомоечную машину.
Если соблюдать эти достаточно простые советы, то можно существенно продлить срок службы медных изделий, а также сохранить их естественный блеск.
Растворимость меди в водной среде
Металл проявляет коррозионную стойкость под действием морской воды. Это доказывает его инертность в обычных условиях. Растворимость меди в воде (пресной) практически не наблюдается. Зато во влажной среде и под действием углекислого газа на металлической поверхности происходит образование плёнки зелёного цвета, которая является основным карбонатом:
Если рассматривать её одновалентные соединения в виде соли, то наблюдается их незначительное растворение. Такие вещества подвержены быстрому окислению. В результате получаются соединения меди двухвалентные. Эти соли обладают хорошей растворимостью в водной среде. Происходит их полная диссоциация на ионы.
Методы чернения меди в домашних условиях
Медь — это металл, который обладает невысокой активностью и по этой причине часто используется в декоративных целях. Из меди делают ювелирные украшения, предметы интерьера, искусства, мебель и многое другое. Поверхность метала окисляется под действием кислорода, однако из-за его невысокой активности на это может понадобиться десятки лет. Последствием такой реакции является патина — поверхностная пленка, которая чаще всего имеет зеленоватый оттенок. Патина предотвращает металл от повреждений, поэтому важно знать, как произвести чернение меди в домашних условиях.
Растворимость меди в азотной кислоте
Такая реакция возможна ввиду того, что происходит процесс окисления металла сильным реагентом. Кислота азотная в разбавленном и концентрированном виде проявляет окислительные свойства с растворением меди.
В первом варианте во время реакции получается меди нитрат и азота двухвалентный оксид в соотношении 75 % к 25 %. Процесс с разбавленной кислотой азотной можно описать следующим уравнением:
Во втором случае получается меди нитрат и азота оксиды двухвалентные и четырёхвалентные, соотношение которых 1 к 1. В этом процессе участвует 1 моль металла и 3 моля кислоты азотной концентрированной. При растворении меди происходит сильный разогрев раствора, в результате чего наблюдается термическое разложение окислителя и выделение дополнительного объёма азотных оксидов:
Реакцию используют в малотоннажном производстве, связанном с переработкой лома или удалением покрытия с отходов. Однако такой способ растворения меди имеет ряд недостатков, связанных с выделением большого количества азотных оксидов. Для их улавливания или нейтрализации необходимо специальное оборудование. Процессы эти весьма затратные.
Растворение меди считается завершённым, когда происходит полное прекращение выработки летучих азотистых оксидов. Температура реакции колеблется от 60 до 70 °C. Следующим этапом является спуск раствора из химического реактора. На его дне остаются небольшие куски металла, который не прореагировал. К полученной жидкости добавляют воду и проводят фильтрацию.
Соляная кислота и перекись водорода
Пожалуй, самый бюджетный способ проведения эксперимента в домашних условиях. Травление меди перекисью водорода и соляной кислотой – это именно то, с чего следует начинать новичку, поскольку перекись можно купить в любой аптеке, а соляная кислота может быть легко заменена аккумуляторным электролитом. Кроме того, обратите внимание не список из следующих преимуществ:
- самая высокая скорость протекания реакции из всех перечисленных способов;
- реакция достаточно хорошо протекает при обычной комнатной температуре;
- при попадании на ткань или кожу раствор не оставляет заметных следов.
Что касается недостатков, то он лишь один – сильная концентрация соляной кислоты может сказаться на здоровье человека, особенно если экспериментатор пренебрегает основными правилами техники безопасности. Поэтому следует уделить особое внимание подготовке раствора, прежде чем приступать к процессу травления.
Свойства сульфата меди
Соль двухосновную ещё называют сернокислой, обозначают её так: CuSO4. Она представляет собой вещество без характерного запаха, не проявляющее летучесть. В безводной форме соль не имеет цвета, она непрозрачная, обладающая высокой гигроскопичностью. У меди (сульфат) растворимость хорошая. Молекулы воды, присоединяясь к соли, могут образовывать кристаллогидратные соединения. Примером служит купорос медный, который является пентагидратом голубого цвета. Его формула: CuSO4·5H2O.
Кристаллогидратам присуща прозрачная структура синеватого оттенка, они проявляют горьковатый, металлический привкус. Молекулы их способны со временем терять связанную воду. В природе встречаются в виде минералов, к которым относят халькантит и бутит.
Подвержен воздействию меди сульфат. Растворимость является реакцией экзотермической. В процессе гидратации соли выделяется значительное количество тепла.
Растворимость меди в железе
В результате этого процесса образуются псевдосплавы из Fe и Cu. Для металлического железа и меди возможна ограниченная взаимная растворимость. Максимальные её значения наблюдаются при температурном показателе 1099,85 °C. Степень растворимости меди в твёрдой форме железа равняется 8,5 %. Это небольшие показатели. Растворение металлического железа в твёрдой форме меди составляет около 4,2 %.
Снижение температуры до комнатных значений делает взаимные процессы незначительными. При расплавлении металлической меди, она способна хорошо смачивать железо в твёрдой форме. При получении псевдосплавов Fe и Cu используют особые заготовки. Их создают путём прессования или печения железного порошка, находящегося в чистой или легированной форме. Такие заготовки пропитывают жидкой медью, образуя псевдосплавы.
Читать также: Приспособление для циркулярки видео
Растворение в аммиаке
Процесс часто протекает при пропускании NH3 в газообразной форме над раскалённым металлом. Результатом является растворение меди в аммиаке, выделение Cu3N. Это соединение называют нитридом одновалентным.
Соли её подвергаются воздействию раствора аммиачного. Прибавление такого реактива к медному хлориду приводит к выпадению осадка в виде гидроксида:
Аммиачный избыток способствует формированию соединения комплексного типа, имеющего окраску тёмно-синюю:
Этот процесс используют для определения ионов двухвалентной меди.
Растворимость в чугуне
В структуре ковкого перлитного чугуна помимо основных компонентов присутствует дополнительный элемент в виде обычной меди. Именно она повышает графитизацию углеродных атомов, способствует увеличению жидкотекучести, прочности и твёрдости сплавов. Металл положительно влияет на уровень перлита в конечном продукте. Растворимость меди в чугуне используют для проведения легирования исходного состава. Основной целью такого процесса является получение ковкого сплава. У него будут повышенные механические и коррозионные свойства, но уменьшено охрупчивание.
Если содержание меди в чугуне составляет около 1 %, то показатель прочности при проведении растяжения приравнивается к 40 %, а текучести увеличивается до 50 %. Это существенно изменяет характеристики сплава. Повышение количества металла, легирующего до 2 %, приводит к изменению прочности до значения 65 %, а показатель текучести становится равен 70 %. При большем содержании меди в составе чугуна труднее образуется шаровидный графит. Введение в структуру легирующего элемента не изменяет технологию формирования вязкого и мягкого сплава. Время, которое отводится для отжига, совпадает с продолжительностью такой реакции при производстве чугуна без примеси меди. Оно составляет около 10 часов.
Использование меди для изготовления чугуна с высокой концентрацией кремния не способно полностью устранить так называемое ожелезнение смеси во время отжига. В результате получают продукт с низкой упругостью.
Методы с использованием химических реактивов
Одним из наиболее распространенных методов является использование серной печени. Ее можно приобрести в магазине или приготовить в домашних условиях. Для этого смешивают порошковую серу с хлористым калием в соотношении 1:2 и ставят на огонь в жестяной банке. Спустя несколько минут, порошок расплавится и, спустя 15 минут, спечется, цвет его при этом станет темно-бурым. Этот процесс может сопровождаться пламенем, сбивать которое нет необходимости.
Первый метод, в котором используют серную печень для чернения меди, выглядит следующим образом: 10–20 грамм порошка растворяют в одном литре воды либо же два-три грамма, если необходимо получить не интенсивную окраску. Медное изделие опускается в раствор до изменения цвета, потом достается, промывается и высушивается. Цвет получается коричнево-серым и его оттенки.
Практически черный цвет изделия получают методом нагревания, после обработки в растворе серной печени с водой и добавлением нашатырного спирта. Спирт необходимо добавлять в насыщенный раствор до тех пор, пока он не станет прозрачно-синим. Опускается в раствор монета или украшение из меди, а после нагревается, пока не почернеет.
Еще один метод получения черно-коричневого цвета заключается в следующем. На изделие наносится хлористая платина, например, смачивается с помощью кисточки. В случае если раствор не имеет кислой реакции, в него добавляется соляная кислота.
Красно-коричневую патину можно получить с помощью смеси один к одному медного купороса и хлористого цинка. Смесь порошков необходимо будет смешать в таком же количестве воды и опустить туда медное изделие на несколько минут.
Патинирование меди сернистым аммонием дает черный цвет. Вещество (20 г) разбавляют в литре воды. Можно как опустить изделие в раствор, так и нанести его кистью. Происходит реакция на поверхности, результатом которой является образование сульфида меди. Если нагреть пластинку перед патинированием, то в зависимости от температуры, можно регулировать оттенок получаемого цвета.
Черненое медное изделие
Еще одним способом получения черного цвета является прогревание при высокой температуре монеты или украшения в растворе персульфата аммония (9,25 г/л) и едкого натра (50 г/л). Температура должна составлять 90–95 градусов, время прогревания — 5–25 минут. Повторить два-три раза до достижения необходимого эффекта.
Светло-коричневую патину можно получить, если покрыть изделие следующим раствором:
- 124 г/л дихромата натрия;
- 15,5 г/л азотной кислоты (1,4);
- 4,65 г/л соляной кислоты (1,192);
- 3–5 г/л 18 % раствора сульфида аммония.
Нанести кистью только что приготовленный раствор, подержать четыре-пять часов, смыть и просушить. Процедуру необходимо повторять трижды.
Зеленого цвета патину получают двумя основными методами:
- Используя губку, медную поверхность смазывают раствором азотнокислой меди в низкой концентрации с добавлением поваренной соли. После высыхания смазывают ее раствором, содержащим: 94 % столового уксуса, 5 % аммиака, 1 % щавелевокислого калия. После просыхания смазывают сначала первым, а потом и вторым раствором повторно. Процедуру проводят до тех пор, пока медь не обретет желаемый цвет. По окончании окрашивания поверхность растирают щетками.
- Во втором методе поверхность медного изделия несколько раз натирают олеиновой кислотой. Это дает темно-зеленое вещество на поверхности — олеиновую медь. Со временем оттенок меняется на светло-зеленый, так как под воздействием влаги и кислорода олеиновая медь преобразуется в углекислую. Золотисто-коричневого цвета патину дает раствор пяти грамм марганцовки и 50 грамм медного купороса. Разводить в одном литре воды и нагревать до температуры 70–80 градусов. Опустить изделие и держать до получения нужного цвета.
Для получения покрытия с высокой износостойкостью, защищающее металл от коррозии, на литр воды берут в граммах: 50–70 бертолетовой соли, 40–50 нитрата меди, 80–100 хлорида аммония. Изделие кладут в ванну с подогретым раствором на 10–15 минут. Цвет получается от коричневого до оливкового.
Можно получить удивительной красоты золотистую патину. Для этого на литр воды берут 0,6 грамма сульфида меди, 180 г молочного сахара и столько же едкого натра. Водные растворы последних двух компонентов готовят отдельно и только потом смешивают. Сульфид меди добавляют только после кипячения смеси. В подогретый до 90 градусов раствор кладут изделие на четверть часа.
Растворимость в ртути
При смешивании ртути с металлами других элементов получаются амальгамы. Этот процесс может проходить при комнатной температуре, ведь в таких условиях Pb представляет собой жидкость. Растворимость меди в ртути проходит только во время нагревания. Металл необходимо предварительно измельчить. При смачивании жидкой ртутью твёрдой меди происходит взаимное проникновение одного вещества в другое или процесс диффундирования. Значение растворимости выражается в процентах и составляет 7,4*10 -3 . В процессе реакции получается твёрдая простая амальгама, похожая на цемент. Если её немного нагреть, то она размягчается. В результате такую смесь используют для починки изделий из фарфора. Существуют ещё и сложные амальгамы с оптимальным содержанием в ней металлов. Например, в стоматологическом сплаве присутствуют элементы серебра, олова, меди и цинка. Их количество в процентах относится как 65: 27: 6:2. Амальгам с таким составом называется серебряным. Каждый компонент сплава выполняет определённую функцию, которая позволяет получить пломбу высокого качества.
Другим примером служит сплав амальгамный, в котором наблюдается высокое содержание меди. Его ещё называют медным сплавом. В составе амальгама присутствует от 10 до 30 % Cu. Высокое содержание меди препятствует взаимодействию олова со ртутью, что не позволяет образовываться очень слабой и коррозирующей фазе сплава. Кроме того, уменьшение количества в пломбе серебра приводит к удешевлению. Для приготовления амальгамы желательно использовать инертную атмосферу или защитную жидкость, которая образует плёнку. Металлы, входящие в состав сплава способны быстро окисляться воздухом. Процесс нагревания амальгамы купрума в присутствие водорода приводит к отгонке ртути, что позволяет отделить элементарную медь. Как видите, эта тема несложна для изучения. Теперь вы знаете, как медь взаимодействует не только с водой, но и с кислотами и другими элементами.
Из предложенного перечня выберите две жидкости, которые растворяют медь и железо.
2) царская водка
3) серная кислота (р-р)
4) азотная кислота (конц.)
5) раствор щёлочи
Запишите в поле ответа номера выбранных жидкостей.
С азотной кислотой реагируют оба металла, но только железо реагирует при нагревании, потому что HNO3(конц.) пассивирует железо. HNO3(конц.) не реагирует с золотом, платиной, танталом, иридием, ниобием, родием. Оба этих металла растворяются в царской водке.
Что хлорное железо, что медный купорос: имеют свою цену, токсичность, необходимость нагрева и опасность для окружающих предметов. Хотелось бы не бояться просыпать реактив или безнадежно что-то испортить. Например, если реактив пролился вне дырки раковины – раковину приходится протирать и посыпать содой. Понравилась фраза с форума: «освободиться от ржавых пятен, которыми у меня полкомнаты покрыто – дорогого стоит». Есть стандартная альтернатива в виде травления персульфатами натрия, калия и аммония (с выделением хлора. ); но можно пойти еще дальше.
В интернете нашелся пользователь Murlock, предложивший травление меди следующим способом: – 100мл аптечной 3% перекиси водорода; – 30г лимонной кислоты; – 5г поваренной соли. Лимонная кислота должна высыпаться в перекись водорода с полным перемешиванием, далее добавляется соль с полным перемешиванием. Болтать тару эффективнее, чем размешивать ложкой.
Предполагается, что Murlock является изобретателем данного способа на территории РФ в 2012 году. И он не стал пыжиться с патентами, а просто подарил этот способ миру – обожаю таких людей. Жаль, не знаю, как зовут; белорус.
Свойства раствора: – объем травления составляет 0.35см 3 меди на 100мл раствора. 40% хлорное железо способно растворить меди 100г/л, что равносильно 10г и 1.12см 3 (0.56см 3 для 20%) – по объему растворения в 1.6 раза меньшая эффективность раствора; – стоимость 0.5л составит 4×4руб + 2×16руб + 1руб = 49руб – по деньгам в 2.38 раза дороже безводного железа, в 1.44 раза дороже шестиводного. С другой стороны, цены везде разные; и никто не мешает купить сразу литр 3% перекиси или таблетки гидроперита 30% (6×1.5г на 100мл); – раствор нельзя реанимировать и использовать повторно; – использованный раствор не годится для омеднения поверхностей (в хлорное железо, насыщенное медью, можно кидать железо – оно будут омедняться без электролиза). Поэтому автор неверно пишет о таком способе как самом дешевом. Но удобства у него такие, что на цену становится плевать. Формально, можно травить медь азотной кислотой – и это будет самый дешевый, но самый опасный вариант: даже резиновые перчатки не спасают. Или соляной кислотой с перекисью: очень дешевый вариант, но летучесть раствора высока.
Удобства: – доступность компонентов в обычном магазине (химически чистое хлорное железо и медный купорос продаются исключительно в магазинах химии и в таре от 1кг); – безопасность раствора чистого и загрязненного как для тела, так и для окружающих предметов – можно травить дома прямо в комнате (прикрыв крышкой и с проветриванием, естественно); – бешеный окислительно-восстановительный потенциал 1.775В – становится доступна быстрая скорость травления именно при комнатной температуре; – раствор не требует нейтрализации, если сливается на металлические поверхности (сливании в дырку раковины не требуется – ополоснул раковину, и готово); – нет выделения опасных для дыхания газов (выделяется кислород). Если же при нарушении пропорций произойдет испарение раствора в воздух – индикация будет сильно выражена запахом; – плата после промывки под струей воды очищается полностью от реагента, не остается пачкающих мест (какие бывали с хлорным железом); – равномерное травление по всей поверхности, нет бокового подтрава меди; – отработанный раствор, даже после разложения, безопасен для труб и окружающей среды.
Читать также: Холодильник лучшие надежные модели
Реакции, как я их представляю (опять целый бульон): смешивая эти 3 компонента, реакция не идет никакая. Но как только появилась медь или иной металл: – реакция с лимонной кислотой: цитрат меди и водород, 3Cu + 2C6H8O7 → Cu3(C6H5O7)2 + 3H2; – реакция с пероксидом водорода: 2Cu + 6H2O2 → 2Cu(OH)2 + H2 + 2O2 + 2H2O; – сама перекись восстанавливается быстрее за счет меди как катализатора, тщетно пытается окислиться обратно: 2H2O2 ↔ 2H2O + O2; – кислород реагирует с медью: Cu + O2 → 2CuO; – вода под действием катализатора NaCl реагирует с медью: 2Cu + H2O → 2CuO + H2; – оксид меди реагирует с лимонной кислотой: 3CuO + 2C6H8O7 → Cu3(C6H5O7)2 + 3H2O; – гидроксид меди реагирует с лимонной кислотой: 3Cu(OH)2 + 2C6H8O7 → Cu3(C6H5O7)2 + 3H2O + 3O2; – NaCl в реакции не участвует: натрий активнее меди, и она его не может вытеснить. Но каким-то образом соль ускоряет растворение цитрата меди в растворе. Выяснилось, что соль – катализатор коррозии, позволяющий эффективно разрушать оксидные пленки; Если же устроить избыток пероксида водорода и катализаторов, будет самостоятельная реакция окисления лимонной кислоты перекисью – превращение в 3-оксопентандиовую кислоту за малое время: C6H8O7 + H2O2 → C5H6O5 + CO2 + 2H2O.
Практическая проверка с приготовлением раствора по инструкции (есть запах лимонной кислоты с перекисью, как будто друг с другом не прореагировали, а плещутся по отдельности). Были положены одновременно: кусочек медного радиатора
5x5x5 (полый), припой ПОС 61, кусочек алюминиевого радиатора
1x5x20 (неполый), советская плата с неизвестным припоем и дорожками из припоя. Сразу же начали выделяться пузыри на поверхности меди. Через 3 минуты пузыри появились на ПОС 61 и припое платы, появился неприятный резкий запах (глаза не раздражает, но, похоже, горло). Через 7 минут проснулся алюминий (разрушилась защитная пленка) и начал газить сильнее всех. Пузырьки, лопаясь, поднимают капли раствора на расстояние 7-10см. Нагрева раствора нет.
Действительно, свинец заметно растворим в лимонной кислоте – образуется цитрат свинца, мгновенно растворяющийся в воде: Pb3(C6H5O7)2·3H2O. Медь с лимонной кислотой образует цитрат меди: (Cu2C6H4О7)2·5Н2О. Алюминий – цитрат алюминия: C6H5AlO7 – предполагается вышибание из лимонной кислоты водорода; возможно, им и газит.
Проверил раствор через час: кусочек меди остался очень тонкой полосочкой примерно 0.1x1x2, раствор стал сине-зеленым, алюминий продолжал газить (большой кусочек оказался). Припой ПОС 61 разрушился как в хлорном железе: почернел, стал еще более пластичным. Неизвестный припой с платы: дорожки из припоя растворились полностью (?!), места пайки – почти полностью. Сравнить эффективность снятия припоя сложно: плата другая, места пайки припоем просто обильно залиты. В итоге припой уже не контактировал с платой, но не мог быть из нее выдавлен шилом: получился металл в форме буквы «I», как заклепка. Пришлось использовать миниатюрные пассатижи.
То есть, результат за час аналогичен результату за полчаса 20% хлорного железа, нагретого до 50 градусов (растворение меди до плавающих кусочков, среднее разрушение припоя). При этом приготовление раствора происходит без перчаток, не нужно нагревать и прочие плюсы.
. никому не нужно хлорное железо 2кг.
Тонкости работы с приготовленным раствором: – не нагревать раствор. Обострится реакция кислоты с перекисью – выделится большое количество теплоты, банку от нее расколет. Характер реакции похож на ракетный двигатель: кислота как топливо, перекись как окислитель – чем больше времени реакция, тем она теплее и быстрее. Реакция при этом управляемая, путем добавления в раствор холодной воды (но добавлять нужно быстро, есть около 2 минут). Нельзя допустить критической температуры: будет взрыв, раствор распылится в воздухе. Также возможна экзотермическая реакция в том случае, если совсем грубо не соблюдены пропорции + на плате много меди (медь является катализатором); – соль является не только катализатором, но и растворителем выпадающего осадка. Соль не должна быть йодированной. Сильный избыток соли, как катализатора, также может вызвать саморазогрев раствора; – лимонной кислоты жалеть не надо: предотвращение выпадения осадка цитрата меди (малорастворим, осядет на плате); – а вот перерасход перекиси вызовет чрезмерное выделение кислорода и резко снизит эффективность травления. В этом случае нужно досыпать лимонную кислоту; – если подкислить раствор соляной или серной кислотой – реакции идут еще быстрее; – лимонную кислоту можно заменить на винную. Или уксусную (падение эффективности, неприятный запах, дешевле). Тогда будет выпадать не голубой цитрат меди, а ацетат меди; – лучше плату размещать медью вниз, чтобы цитрат меди сразу оседал на дно, а не мешал травиться плате. Если травить две стороны – вертикальное расположение; – не только медь стравливается, но и железо. В итоге железо может препятствовать травлению, взяв на себя перекись, – ее придется доливать; – если нужно, чтобы медь травилась, а алюминий нет – в раствор добавляется ЭДТА; – это способ проверить временем: выдыхается ли перекись, если ее хранить не в холодильнике. Выдохнется – травить не будет (хотя запах в пузырьке может сохраняться); – чистая лимонная кислота (без примесей) стоит 170 рублей за килограмм в химических магазинах. В обычных магазинах можно купить неликвид в виде порошка коричневого цвета – травление будет ослаблено. Поэтому нужно оценить хотя бы визуально лимонную кислоту перед использованием; – раствор годен к травлению до 12 часов после приготовления; – если делать перекись 3% из таблеток гидроперита, дистиллят не обязателен; – с ЛУТ работает как часы, с фоторезистом – зависит от фоторезиста, у всех по-разному; – если постоянно смахивать с меди пузырьки какой-нибудь кисточкой (параллельно новый раствор подтекает к меди, удаляется цитрат меди), то травление идет быстрее; – люди пишут о случаях разбавления производителями перекиси, уменьшив ее концентрацию – в итоге их первый опыт с лимонной кислотой был провальным; – использование не 6, а 7 таблеток гидроперита на 100мл воды ускоряют реакцию примерно раза в 2.
Читать также: Захваты для крепления сэндвич панелей
Кстати, граммы сокращаются как «г», а не «гр». Использование «гр» в официальных документах делает их недействительными, согласно ФЗ №102-ФЗ от 26.06.2008.
(добавлено 20.06.2016) Еще тонкости: – максимальная безопасная температура подогрева раствора: 35 градусов. Скорость травления сильно зависит от температуры, поэтому есть смысл нагревать раствор и контролировать нагрев при помощи термопредохранителя (ТК24-00-2-35 или его аналоги); – если рискнули экспериментировать с избытком перекиси водорода, необходимо погружение в раствор термопредохранителя KSD-9700 (40 градусов), завернутого в полиэтилен. Если раствор начнет саморазогреваться и перейдет отметку 40 градусов – должно сработать оповещение в виде пищалки или чего-то подобного; – пластиковая тара даже после мытья пахнет лимонной кислотой – для применения в пищу непригодна. Возможно, непригодна и для хранения металлических вещей; – если в сине-зеленом растворе преобладает синий оттенок – раствор выдохся; – я сделал неправильный расчет цены 0.5л раствора (сравнивая его с килограммовой тарой хлорного железа). Хлорное железо (упаковка 1кг 175руб что шестиводного, что безводного) на 5 рублей дороже лимонной кислоты, поэтому расчеты следующие: 5×4 + 25.5 + 1 = 46.5 рублей – в 2.31 раза дороже безводного хлорного железа и в 1.36 раза шестиводного; – тестовый раствор вчера был объемом 100мл (как и сегодня), а соль использовалась йодированная; – оставленный раствор на 8 часов перестал реагировать с платой (растворив солидное количество припоя). Но стоило почистить плату жесткой кистью – пузырьки появились снова: допустил ошибку, разместив плату припоем вверх – цитрат свинца изолировал ее поверхность от травления. И раствор за 8 часов под неплотной крышкой не выдохся; – открыв крышку и оставив на 10 часов, достиг полной недееспособности раствора (18 часов + негерметичная среда). И бросил туда алюминий. Перекись выдохлась, а лимонная кислота-то осталась. И опять побежали пузырьки. Закинув большой кусок алюминия, получил быстрое выделение тепла. Тот же процесс: лимонная кислота разрушила оксидную пленку, алюминий с водой начал газить и выделять тепло, а также подъедаться той же кислотой.
(добавлено 21.06.2016) Неприятный запах – цитрат меди из раствора в воздухе, поднявшийся с пузырьками газа: он реально раздражает слизистую. Алюминий не так сильно выделяет тепло, т.к. при реакции с лимонной кислотой начинает покрываться цитратом алюминия. Цитрат алюминия также растворяется в растворе, он приобретает темно-синий цвет и полностью теряет прозрачность.
(добавлено 02.07.2016) При 28 градусах видно, как на пластиковом пузырьке перекиси скапливаются пузырьки кислорода. Действительно, ее нужно хранить в холодильнике; в идеале – на полке с 0 градусов.
(добавлено 09.07.2016) Попытался протравить ту плату, что не стравилась до конца с первого раза. В итоге стравилась полностью с одной стороны (нижней), отвалились все элементы, включая высокочастотный трансформатор (растворились его ноги). Стало быть, я ее просто недодержал, или раствор выдохся (в первый раз травил не закрывая, второй раз прикрыл крышкой – и оба раза не помешивал). А если помешивать – эффект еще лучше будет. Да, остаются следы припоя, однако металлические ноги легко из него вытаскиваются пассатижами (рассыпается), а сам «припой» перестал проводить ток. Может, это цитрат олова? По цвету очень похож.
(добавлено 14.07.2016) Еще раз подчеркиваю преимущество лимонной кислоты над хлорным железом: большая прозрачность раствора – виден сам процесс растворения меди; четко понятно, когда плату вытаскивать.
Результат любой химической реакции гарантирован только при соблюдении пропорций реагентов. Положив хлорного железа на глаз – сегодня на работе не дотравил платы: мало положил (сколько же с ним неудобств, а: шестиводного в 1.67 раза больше надо было класть).
(добавлено 21.07.2016) Лучше не использовать гидроперит. Дороже, хранить сложнее, агрессивный. 35% концентрация – в 12 раз больше перекиси водорода; случайно стравил кутикулу на ногте – маникюр делать не надо. Также с ним дополнительное выделение кислорода идет при замачивании платы (пузырьки оседают на плате и мешают травлению). Хотя само травление идет более интенсивно. Лучше количество кислоты увеличить, тем более Murlock так и писал: не жалеть. Судя по Википедии, 6 таблеток гидроперита есть 90мл перекиси – не хватает еще одной для преодоления отметки 100%.
(добавлено 03.08.2016) Цинк, алюминий, железо реагируют с данным раствором. Есть подозрение, что алюминий есть катализатор + реагирует с водой, уменьшая ее объем, – раствор вышел из-под контроля и начал нагреваться (появилась вероятность взрыва при бездействии, хотя всего-то холодной воды плеснуть надо). Однако нагрев был слабым, градусов до 30; температура росла очень медленно. В общем, с металлами-катализаторами поаккуратнее.
(добавлено 03.10.2016) Еще 1 хороший способ травления: автомобильным электролитом с перекисью.
(добавлено 28.10.2016) Обнаружилось 2 интересных факта: – впервые травил двусторонний текстолит. И именно сторона, обращенная ко дну тары, протравилась много быстрее, чем другая. Действительно, ацетат меди после реакции сразу сползал на самое дно; а периодическое помешивание раствора приводило к его удалению с дна. 100мл хватило на травление платы 2 x 100×60мм. А потом еще на 1 такую же одностороннюю, а потом еще начал поедать 1 такую же – но закончилось время, и раствор был слит без завершения опыта. Потенциал у раствора есть: даже если он сильно посинел – продолжает работать, и его цена за квадратный сантиметр меди упала.
(добавлено 04.11.2016) Попробовал травление медным купоросом с солью. Медленное (многочасовое без нагрева), вонючее (если без крышки), токсичное, плохо смываемое с тары (пластиковый пинцет выбросить пришлось). А также жутко вонючее при изготовлении раствора. При добавлении соли в раствор происходит эффект высаливания газов из раствора – раствор начинает сильно газить и исходить пеной (зависит от чистоты купороса и воды). Вообще, высаливание газов – интересная штука: попробуйте соль в кипящую воду или минералку бросить – будет сильно газить: углекислый газ покидает раствор.
(добавлено 31.12.2016) Теория о том, что лимонная кислота разлагается при НУ самостоятельно на углекислый газ и воду, не подтвердилась. Не разлагается при НУ.
Снова о травлении меди и сплавов на её основе
Травление меди. Что тут можно ещё придумать? Казалось бы, уже 100 раз рассказано и обсуждено, да книг понаписано уйма. И действительно — публикаций на Ярмарке Мастеров хватает. А вот добротной статьи, освещающей какие вообще методы бывают, какой лучше, какой дешевле, так и не нашлось. Попробуем это исправить. Травление меди, как и любого металла, можно осуществить химическим и электрохимическим методом (гальваника). Электрохимическое травление более качественно, но сложнее. Для этого метода необходимо определенное оборудование и реактивы. По-хорошему — это удел гальванических цехов и предприятий.
Химическое травление можно условно разделить на промышленное и бытовое применение. В промышленности обычно применяют составы на основе концентрированных кислот и жутко опасных для здоровья реактивов. Всё бы ничего: и скорость травления высокая и качество высокое. Но есть множество «но». Достать рядовому алхимику концентрированные кислоты довольно сложно, а зачастую не реально. Работать с ними нужно предельно осторожно с применение профессиональных средств защиты в специально оборудованном помещении. Наличие вытяжного шкафа обязательно, но на крайний случай сгодится и нормальный вытяжной зонт. И, естественно, к хранению таких веществ предъявляются строгие требования. К слову сказать, концентрированные кислоты и ряд химических реактивов являются прекурсорами. А это значит, что их оборот подлежит строгому контролю и учету. Поэтому эти методы рассматривать не имеет особого смысла. Плавно переходим к бытовым методам химического травления. Рассказывать полностью о всей технологии и нюансах слишком долго. Этому будут посвящены последующие статьи. Перейдем к сути вопроса. Есть у нас заготовка в виде листа меди с нанесенной маской/ трафаретом для травления.
Встаёт резонный вопрос: «Чем и как травить?» Пытливый читатель не задумываясь ответит: «Конечно хлорным железом (ХЖ)!». Оно доступно в любом магазине радиотоваров и стоит не дорого. Так то оно так, но вот минусов у хлорного железа множество. 1. Это порошкообразное вещество, причем весьма гигроскопичное. При дозировке мелкая пыль ХЖ оседает повсюду, как ни старайся. А уже через сутки, напитавшись влаги из воздуха, проявляется трудновыводимыми рыжими пятнами на мебели и одежде. По причине гигроскопичности храниться долго ХЖ тоже не будет. 2. Раствор ХЖ — непрозрачная буро-коричневая жидкость. О визуальном контроле процесса травления речи не идет вообще. Каждый раз вынимать заготовку и промывать для контроля — удобства явно не добавляет. 3. В процессе травления медь выпадает в виде осадка на поверхность металла, поэтому требуется постоянное перемешивание раствора. 4. Скорость травления в процессе сильно падает из-за накопления в растворе продуктов реакции. 5. И последний гвоздь в гроб ХЖ — из всех доступных бытовых составов у ХЖ низкая скорость травления. Её конечно можно повысить нагревом до 60С*, но большого прироста скорости и стабильности реакции это не даст.
Чем ещё можно протравить медь/латунь? В тех же магазинах радио товаров можно найти персульфат аммония или натрия. Плюсы: 1. Прозрачный раствор, визуально можно контролировать процесс травления. 2. Более высокая и стабильная скорость травления чем у ХЖ. 3. Не оставляет грязных трудновыводимых пятен. Минусы: 1. Малая распространенность/доступность. 2. Более высокая цена. 3. Повышенный расход по сравнению с ХЖ. 4. Вместо пятен оставляет белесые проплешины или дыры в одежде, что самом по себе не очень хорошо. 5. Требуется подогрев состава.
— Ну вот! — Воскликнет читатель. — Что же делать то?!
— Есть, есть ещё пара методов/рецептов в запасе
