Einführung in die Galvanotechnik Grundlagen der chemischen, elektrochemischen, physikalischen und elektrotechnischen Begriffe

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1 LEHRBUCH GALVANOTECHNIK Einführung in die Galvanotechnik Grundlagen der chemischen, elektrochemischen, physikalischen und elektrotechnischen Begriffe Dipl.-Ing. Bernhard Gaida Studiendirektor i.r. t Neu überarbeitete Auflage Auflage mit 65 Abbildungen und 21 Tabellen HLEUZE Fachverlag für Oberflächentechnik - Galvanotechnik Produktion von Leiterplatten und Systemen

2 Inhaltsverzeichnis 1 Physikalische und chemische Grundbegriffe Physikalische und chemische Vorgänge Aggregatzustände Chemische Elemente Chemische Verbindungen Moleküle und Atome Chemische Zeichensprache und chemische Formeln Stoffmenge, Atommasse, Molekülmasse, Molare Masse, Äquivalentmasse Chemische Gleichungen Wertigkeit 25 2 Periodensystem der Elemente und Atomaufbau Periodensystem Atomaufbau Atomkern Elektronenhülle Elektronenhülle und Wertigkeit Elektronenhülle und Bindekräfte Ionenbindung Atombindung Metallbindung Komplexe Bindungen Isotopen Nuklid 41 3 Gasgesetze Molares Volumen Gesetze von Boyle-Mariotte und Gay-Lussac 45

3 8 Inhaltsverzeichnis 4 Metalle Nickel (Niccolum) Ni Eigenschaften Nickelverbindungen Chrom (Chromium) Cr Eigenschaften Chromverbindungen Kupfer (Cuprum) Cu Eigenschaften Kupferverbindungen Zink (Zincum) Zn Eigenschaften Zinkverbindungen Cadmium Cd Eigenschaften Cadmiumverbindungen Zinn (Stannum) Sn Eigenschaften Zinnverbindungen Gold (Aurum) Au Eigenschaften Goldverbindungen Silber (Argentum) Ag Eigenschaften Silberverbindungen Aluminium Al Eigenschaften Aluminium Verbindungen Eisen (Ferrum) Fe Eigenschaften Eisenverbindungen 59 5 Nichtmetalle Wasserstoff (Hydrogenium) FI Vorkommen Darstellung Eigenschaften Verbindungen 63

4 Inhaltsverzeichnis Sauerstoff (Oxygenium) O Vorkommen Darstellung Eigenschaften Verbindungen Kohlenstoff (Carboneum) C Vorkommen Eigenschaften Verbindungen Schwefel (Sulfur) S Eigenschaften Verbindungen Stickstoff (Nitrogenium) N Eigenschaften Verbindungen Chlor C Eigenschaften Verbindungen 69 6 Legierungen Abgrenzimg: Legierung - Gemenge - chemische Verbindung Definition der Legierung Mischkristalle und intermetallische Verbindungen Erstarrungskurven Eigenschaften der Legierungen Legierungen in der Galvanotechnik 73 7 Lösungen Begriff der Lösungen._ Löslichkeit und Lösungsvorgang Dispersion, Suspension, Emulsion und kolloide Lösung Dispersion Suspension Emulsion Kolloide Lösung Konzentrationsangaben Massenprozente Volumenprozente 78

5 10 Inhaltsverzeichnis Konzentrationsangabe Gramm je Liter Verhältniszahlen Molarität Normalität Mischen von Lösungen Lösungswärme - Kältemischung Dampfdruck - Siedepunkt und Gefrierpunkt von Lösungen 84 8 Säuren Bildung der Säuren Eigenschaften und Benennung der Säuren Namen und Formeln der wichtigsten Säuren Wertigkeit der Säuren Wichtige Säuren in der Galvanotechnik Schwefelsäure H 2S Chlorwasserstoffsäure (Salzsäure) HCl Salpetersäure HN Cyanwasserstoffsäure oder Blausäure HCN Borsäure H 3B Kohlensäure H 2C Chromsäure H 2Cr Phosphorsäure H 3P Fluorwasserstoffsäure HF (Flusssäure) Kieselfluorwasserstoffsäure H 2SiF Hydroxide (Basen) Bildung von Hydroxiden Eigenschaften der Hydroxide Wertigkeit der Hydroxide Hydroxide in der Galvanotechnik Natriumhydroxid NaOH Kaliumhydroxid KOH Ammoniumhydroxid NH 4OH Salze Darstellung der Salze Salzbildung aus Säuren und Basen Salzbildung aus einem Metall und einer Säure 102

6 Inhaltsverzeichnis Salzbildung aus Metalloxid und Säure Salzbildung aus Hydroxiden und Nichtmetalloxid Salzbildung durch Umbildung Salzbildung durch anodische Auflösung Salzbildung aus Metall und Halogen Kristallwasser Benennung der Salze Neutrale Salze Saure Salze Basische Salze Doppelsalze Komplexsalze Thermochemie Physikalische Begleiterscheinungen chemischer Vorgänge Wärmetönung Messung der Wärmetönung Bildungswärme und Reaktionswärme Oxidation und Reduktion Oxidation Oxidation und Atomaufbau Oxidationsmittel Reduktion Reduktion und Atomaufbau Reduktionsmittel Wasser Arten von Wasser Eigenschaften des Wassers Elektrolytische Dissoziation Grundlagen Dissoziationsgrad Eigenschaften der Ionen Ionengleichungen Starke und schwache Elektrolyte 131

7 12 Inhaltsverzeichnis 15 Hydrolyse Neutrale Reaktion Saure Reaktion Alkalische Reaktion ph-wert Dissoziation von reinem Wasser ph-wert Berechnung von ph-werten Bestimmung des ph-werts Indikator ph-papier Elektrometrische ph-messung ph-werte einiger Lösungen Puffern und Abstumpfen von Lösungen Potenzialbildung der Metalle Elektrolytischer Lösungsdruck Osmotischer Druck Lösungsdruck und osmotischer Druck Spannungsreihe der Elemente Edle und unedle Metalle Messung der Metallpotenziale Verhalten der Metalle in Säuren Spannungsreihe der Ionenumladung Berechnung des Potenzials eines Metalls Ladungsaustausch Galvanische Elemente Zwei Metalle in Säuren Kontaktverfahren (zwei verschiedene Metalle in einer Salzlösung) Reduktionsverfahren Korrosion Ursachen der Korrosion Definition der Korrosion Elektrochemische Korrosion Lokalelemente Korrosionsschutz durch galvanische Niederschläge 167

8 Inhaltsverzeichnis Elektrolyse Elektrolyse mit löslicher Anode Elektrolyse mit unlöslichen Anoden Spannungs- und Stromverhältnisse bei der Elektrolyse Elektrolytische Leitfähigkeit Dissoziationsgrad Wanderungsgeschwindigkeit (Überführung) Temperatur und Leitfähigkeit Spezifische Leitfähigkeit Polarisation Polarisationsspannung, Zersetzungsspannung, Elektrolytspannung Polarisationsspannung Zersetzungsspannung Elektrolytspannung Stromdichte-Potenzialkurven Kathoden-Stromdichte-Potenzialkurven Grenzstromdichte-Potenzialkurven Überspannung Gleichzeitige Entladung verschiedener Ionen Mitabscheidung von Wasserstoff Abscheidungen von mehreren Metallen (Legierungsabscheidung) Faradaysche Gesetze Erstes Faradaysches Gesetz Zweites Faradaysches Gesetz Elektrochemisches Äquivalent Anwendung der Faradayschen Gesetze Stromdichte und Stromstärke Metallmasse Expositionszeit Wirkungsgrad Schichtdickenberechung Grundbegriffe der Elektrotechnik Stromstärke Begriff der Stromstärke Maßeinheiten der Stromstärke Stromarten 204

9 14 Inhaltsverzeichnis 21.2 Spannung Begriff der Spannung Maßeinheiten der Spannung Spannungserzeugung Widerstand Begriff des Widerstands Maßeinheiten des Widerstands Spezifischer Widerstand und Leitfähigkeit Leitungsquerschnitte Ohmsches Gesetz Elektrische Leistung Wirkungsgrad Elektrische Arbeit und Stromkosten Wärmemenge Elektrolytheizung Schaltung von Widerständen Reihenschaltung von Widerständen Parallelschaltung von Widerständen Gruppenschaltung von Widerständen 224 Literaturverzeichnis 229 Stichwortverzeichnis 231