Was ist Galvanisieren und wie funktioniert es?

Elektrochemie ist ein Prozess, bei dem sehr dünne Schichten eines ausgewählten Metalls auf molekularer Ebene an die Oberfläche eines anderen Metalls gebunden werden. Der Prozess selbst umfasst die Herstellung einer Elektrolysezelle: ein Gerät, das mithilfe von Elektrizität Moleküle an einen bestimmten Ort befördert.

So funktioniert Galvanisieren

Galvanisieren ist das Aufbringen von Elektrolysezellen, bei denen eine dünne Metallschicht auf einer elektrisch leitenden Oberfläche abgeschieden wird. Eine Zelle besteht aus zwei Elektroden (Leitern), meist aus Metall, die voneinander beabstandet gehalten werden. Die Elektroden werden in einen Elektrolyten (eine Lösung) getaucht.

Wenn ein elektrischer Strom eingeschaltet wird, bewegen sich positive Ionen im Elektrolyten zu der negativ geladenen Elektrode, die als Kathode bezeichnet wird. Positive Ionen sind Atome mit einem Elektron zu wenig. Wenn sie die Kathode erreichen, verbinden sie sich mit Elektronen und verlieren ihre positive Ladung.

Gleichzeitig wandern negativ geladene Ionen zur positiven Elektrode, der sogenannten Anode. Negativ geladene Ionen sind Atome mit einem Elektron zu viel. Wenn sie die positive Anode erreichen, übertragen sie ihre Elektronen darauf und verlieren ihre negative Ladung.

Die Anode und Kathode

Bei einer Form der Elektroplattierung befindet sich das zu plattierende Metall an der Anode der Schaltung, wobei sich der zu plattierende Gegenstand an der Kathode befindet. Sowohl die Anode als auch die Kathode werden in eine Lösung getaucht, die ein gelöstes Metallsalz wie ein plattiertes Metallion und andere Ionen enthält, die den Stromfluss durch den Kreislauf ermöglichen.

Die Anode wird mit Gleichstrom beaufschlagt, wobei ihre Metallatome oxidiert und in der Elektrolytlösung gelöst werden. Die gelösten Metallionen werden an der Kathode reduziert, wodurch das Metall auf den Gegenstand aufgebracht wird. Der Strom durch die Schaltung ist derart, dass die Rate, mit der die Anode aufgelöst wird, gleich der Rate ist, mit der die Kathode plattiert wird.

Zweck des Galvanisierens

Es gibt mehrere Gründe, warum Sie eine leitende Oberfläche mit Metall beschichten möchten. Das Versilbern und Vergolden von Schmuck oder Silberwaren wird typischerweise durchgeführt, um das Aussehen und den Wert der Gegenstände zu verbessern. Die Verchromung verbessert das Erscheinungsbild von Gegenständen und verbessert auch deren Abnutzung. Zink- oder Zinnbeschichtungen können aufgebracht werden, um Korrosionsbeständigkeit zu verleihen. Manchmal wird das Galvanisieren einfach durchgeführt, um die Dicke eines Gegenstandes zu erhöhen.

Galvanisierbeispiel

Ein einfaches Beispiel für den Elektroplattierungsprozess ist die Elektroplattierung von Kupfer, bei der das zu plattierende Metall (Kupfer) als Anode verwendet wird und die Elektrolytlösung das Ion des zu plattierenden Metalls (Cu) enthält²⁺ in diesem Beispiel). Kupfer geht an der Anode in Lösung, wenn es an der Kathode plattiert wird. Eine konstante Cu-Konzentration²⁺ wird in der die Elektroden umgebenden Elektrolytlösung gehalten:

• Anode: Cu (s) → Cu²⁺(aq) + 2 e^-
• Kathode: Cu²⁺(aq) + 2 e^- → Cu (s)

Gängige galvanische Prozesse

Metall	Anode	Elektrolyt	Anwendung
Cu	Cu	20% CuSO4, 3% H2SO4	Elektrotyp
Ag	Ag	4% AgCN, 4% KCN, 4% K2CO3	Schmuck, Geschirr
Au	Au, C, Ni-Cr	3% AuCN, 19% KCN, 4% Na3PO4 Puffer	Schmuck
Cr	Pb	25% CrO3, 0,25% H2SO4	Autoteile
Ni	Ni	30% NiSO4, 2% NiCl2, 1% H3BO3	Cr Grundplatte
Zn	Zn	6% Zn (CN)2, 5% NaCN, 4% NaOH, 1% Na2CO3, 0,5% Al2(SO4)3	verzinkter Stahl
Sn	Sn	8% H2SO4, 3% Sn, 10% Kresol-Schwefelsäure	verzinnte Dosen