전기도금 실험_결과레포트 [A+]

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전기도금 실험_결과레포트 [A+]에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Abstract
2. Experiment
3. Result & Discussion
4. Conclusion
5. Reference

본문내용

Fig 16. 도금되고 있는 황동판과 니켈판
Fig 17. 5분이 지난 후 도금이 완료된 황동판과 니켈판
Fig 18. 실험1,2,3,4(5분, 10분, 15분, 20분)의 전기도금을 마친 황동판과 니켈판
3. Result & Discussion
전기도금을 5분, 10분, 15분, 20분동안 하는 총 4번의 실험을 하였는데, 도금 전후의 황동판과 니켈판의 무게를 다음 Table 1.에 정리하였다.
시간(min)
도금 전 황동판의 무게 (g)
도금 후 황동판의 무게 (g)
도금 전 니켈판의 무게 (g)
도금 후 니켈판의 무게 (g)
5분
[실험 1]
10.91
10.94
4.31
4.28
10분
[실험 2]
10.46
10.50
4.15
4.11
15분
[실험 3]
10.49
10.56
4.37
4.31
20분
[실험 4]
10.26
10.35
4.52
4.43
Table 1. 도금 시간별 황동판과 니켈판의 도금 전후 무게 변화
황동판은 도금 후 무게가 증가했고, 반대로 니켈판은 도금 후 무게가 감소했다. 이는 Fig 18. 에서도 볼 수 있는 것처럼 이온화경향성, 즉 반응성이 큰 니켈이 반응성이 작은 황동(구리+아연)판 위에 도금되었다는 것을 알 수 있다. 따라서 두 금속의 이온화경향성에 따른 산화환원반응으로 인한 전기도금을 관찰할 수 있었다. 도금 후 증가한 황동판의 무게(g)는 도금된 니켈의 무게(g)와 같고, 도금 후 감소한 니켈판의 무게(g)는 산화된 니켈의 무게(g)와 같다고 볼 수 있다. 이를 표로 정리해보면 다음 Table 2. 와 같다.
시간(min)
5분 [실험 1]
10분 [실험 2]
15분 [실험 3]
20분 [실험 4]
도금된 니켈의 무게 (g)
0.03
0.04
0.07
0.09
산화된 니켈의 무게 (g)
0.03
0.04
0.06
0.09
Table 2. 시간 별 도금된 니켈과 산화된 니켈의 무게 (g)
도금된 니켈은 환원된 니켈과 같으므로 산화된 니켈의 무게와 환원(도금)된 니켈의 무게는 같아야 한다. 그런데 [실험 3]에서 0.01g의 오차가 생겼다.
다음으로 Faraday\'s Law를 이용하여 전류의 양을 계산하고, 도금된 두께를 계산해본다.
(m:도금된 금속의 무게(g), Q=총 전하량(C), I=도금 시간까지의 전류(C/s=A)
t=전류가 흘러간 시간(s) , a=도금된 금속의 원자량(g/mol)
F=패러데이 상수(96485.3383C/mol), z=반응하는 전자의 수
=도금된 두께(cm), =도금된 금속 원자의 밀도(g/cm ), A=전착면적(cm ) )
도금된 금속의 무게와 시간을 이용해 전류의 양을 구하기 위해서 식을 변형해 보면 다음과 같아진다.
→
이 식을 이용해 전류의 양을 구해보자. m은 각각 도금된 니켈의 무게, z=2, a=니켈의 원자량 58.69g/mol, F=96485.3C/mol, t=각 도금 시간(s)
시간(min)
5분 [실험 1]
10분 [실험 2]
15분 [실험 3]
20분 [실험 4]
전류 (A=C/s)
0.3288
0.2192
0.2557
0.2466
Table 3. Faraday\'s Law를 이용하여 구한 전류의 양
마지막으로 패러데이 제 2법칙인 식을 이용해서 도금된 니켈의 두께를 구한다. 니켈 금속원자의 밀도 는 이고, 는 도금된 니켈의 면적, 즉 전착면적이다. 판에서 가로3cm, 세로 3cm 인 정사각형 판이 앞뒤로 도금되었으므로 전착면적은 총 18이라고 할 수 있다. 따라서 Table 4.에서 구한 두께는 판의 앞뒤로 각각 해당 값만큼 전착되었다는 뜻이다. 밀도와 전착면적, 도금된 니켈의 무게를 이용해서 니켈의 두께를 구할 수 있다.
시간(min)
5분 [실험 1]
10분 [실험 2]
15분 [실험 3]
20분 [실험 4]
도금된 두께 (cm)
0.000187
0.000250
0.000437
0.000562
Table 4. Faraday\'s Law를 이용하여 구한 도금된 니켈의 두께 (cm)
4. Conclusion
이번 실험에서는 황동판 위에 니켈이 도금되는 전기도금 반응을 관찰하고, 시간별로 도금된 니켈의 무게를 측정하고 Faraday\'s Law를 이용해 전류의 양과 도금된 니켈의 두께를 계산함으로써 시간에 따른 전류량과 전착두께의 관계를 분석해본다.
먼저 Table 2.에서 보면 도금 시간이 증가할수록 도금된 금속의 무게 또한 증가한다는 것을 알 수 있다. 또한 황동판에 도금된 니켈판의 무게와 니켈판의 감소한 무게인 산화된 니켈판의 무게는 같아야 한다. 그러나 15분 후 도금된 니켈의 무게와 산화된 니켈의 무게는 각각 0.7과 0.6으로 차이가 있다. 이러한 오차의 원인을 분석해 보았을 때, 여러 가지 원인을 생각해볼 수 있다. 우선 단순한 전자저울의 질량측정 오차를 생각해볼 수 있고, 무거운 황동판은 비교적 가벼운 니켈판보다 무게의 변화가 크기 때문에 황동판의 무게 변화가 더 크게 나타난 것일 수 있다. 또한 두 판에 붙여준 마스킹테이프의 무게에 차이가 있을 수 있음과 세척시 (1)(2)(3) 단계 사이에 증류수에 헹궈주는 과정에서 증류수를 단계마다 바꿔주지 않았기 때문에 이 때문에 이물질의 세척이 덜 되어서 무게 측정에 차이가 생긴 것일 수 있을 것 같다. 또한 전기 도금 후 판에 묻어있는 물기를 제대로 닦아내지 않고 측정한 경우에도 작은 질량의 오차가 생길 수 있을 것 같다.
Faraday\'s Law를 이용해 계산한 전류의 양은 Table 3.에 나와있는 것처럼 시간별로 전류의 양이 모두 달리 계산된다. 이론적으로 전류는 같은 전압 하에서 시간에 따라 흐른 전류의 양으로 측정되는 것이기 때문에 모든 시간에서 같게 측정되어야 하는데, 이번 실험에서 시간별로 발생한 전류의 양이 다른 이유는 전해질 용액 속에서 이온이 이동할 때 생기는 전기 저항이나 산화 환원 과정에서 사용하는 전기 에너지로 인한 전압 손실 때문에 전압과 전류의 크기가 달라진 것이라고 생각한다.
5. Reference
[1] 전기도금 예비레포트
[2] MSDS (안전보건공단 화학물질정보)
[3] Wiliam L. Masterton, 마스터 톤의 일반화학, 2014, 사이플러스, page 123

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