2018. december 20. 20:49 - Gazz

Önfenntartó módszer nyomtatott áramköri lap maratására

A blogon korábban is volt szó elektronikáról, nemrég pedig a fa tartósítása kapcsán a kémia is képbe került. A mai bejegyzés a két tudományterület egyfajta metszete lesz, jelesül a nyomtatott áramköri lap maratásnak egy olyan módját szeretném ismertetni, amihez nem kell vegyszerboltba menni.

Mielőtt belevágnánk, zongorázzunk végig egy rövid átekintést arról, hogy milyen eljárásokkal szokás amatőr körülmények között a nyákmaratás elvégezni.

1. Vas-klorid: Ez a legnépszerűbb módszer. Elektronikai alkatrészboltokban, illetve a József körúti Azúr vegyszerboltban lehet beszerezni a vaskloridot oldat illetve kristályos formában. Az utóbbi esetben sárgásbarna anyagról van szó, amely egészen elképesztő ragaszkodással fog össze mindent a környezetében. Ha valahol foltot hagy, akkor attól nem igazán fogunk tudni megszabadulni. Alapesetben a használata úgy történik, hogy 1 liter meleg vízbe addig adagolunk állandó kevergetés mellett apróra morzsolt vaskloridot, amíg az oldat telítetté nem válik, magyarán több anyag nem oldható fel benne. Ebbe az oldatba kell belehelyezni a nyáklemezt, majd időnként ellenőrízni, hogy hol tart a rézfólia oldódása. Melegített oldat esetén 20-30 perc elég a teljes lemaródáshoz. A módszernek két hátránya van. Az egyik az, hogy tényleg mindent összefog, a másik az, hogy lassan kimerül. Szerencsére ez utóbbi ellen tudunk tenni, de hogy mit, azt majd később ismertetem. A reakcióegyenlet a következő:

Fe++++Cu = Fe+++Cu+

illetve van egy második lépés, bár ez a maratás szempontjából nem lényeges:

Cu++Fe+++=Cu+++Fe++ 

2. Sósav+hidrogén-peroxid. Ez a leggyorsabb módszer. Közönséges háztartási sósavba (minden boltban kapható szinte) belemerítjük a nyáklapot, majd pár kupaknyi 12%-os hidrogén-peroxidot adunk hozzá. Rögtön heves pezsgés indul meg, és mérgező klórgáz szabadul fel, ezért ezt a maratást csak szabad ég alatt érdemes csinálni. Előnye, hogy nagyon gyorsan lemarja a rezet a nyákról, hátránya hogy büdös és mérgező gáz fejlődik, a hidrogén-peroxidért fodrászboltot kell keresnünk, a marató anyag egyszer használatos, a hidrogén-peroxid magától bomlik, ezért nem tartható el sokáig. A reakcióegyenlet:

H2O2+2HCl=2H2O+Cl2

Ez a felszabaduló nascens klór reagál a rézzel:

Cu+Cl2=CuCl2

3. Nátrium-perszulfát, vagy ammónium-perszulfát. Ezeket az anyagokat elektonikai alkatrészboltokban vagy netről szerezhetjük be. Meleg, tömény oldatuk kb. a vas-klorid sebességével dolgozik, gázképződés nincs, az oldat átlátszó, idővel világoskék árnyalatú lesz, ezért a maratás folyamata a nyáklap kivétele nélkül ellenőrízhető. Az oldat sajnos kimerül idővel. A reakcióegyenlet:

Na2S2O8+H2O=Na2SO4+H2SO4+O 

A felszabaduló nascens oxigén oxidálja a rezet, a keletkező rézoxid pedig oldódik a fenti egyenletben keletkező kénsavban. Az oldattal nagyon óvatosan kell bánni, mert fehér színű éégési sérülést okoz a bőrön, a ruhaszövetet pedig szétroncsolja, ráadásul alattomosan, száradás után.

Én az első módszert használtam sokáig, és használnám ma is, ha nem lett volna több kellemetlen balesetem vele. Egy alkalommal rázógépre tettem a marató edényt hogy gyorsabban marjon, és kiborult a rossz beállítás miatt. A műhelyasztal fém részeit ahova odafolyt, ezután pillanatok alatt megette a rozsda. A kezemre ha ráfolyt, akkor napokig nem jött le, de nadrágom is bánta a cseppeket, amelyek a nyáklapról csepegtek le. A marási sebességgel sem voltam elégedett, ezért a módszert kénytelen voltam feljavítani. Ennek lényege az volt, hogy a vas-kloridot nem vízben, hanem tömény sósavban oldottam fel. Emellett elkezdtem levegőztetni az oldatot marás közben. Ennek vegyi funkciója és fizikai is volt, az utóbbi alatt azt értem, hogy keverte az oldatot, így jelentősen felgyorsította a maródást. A vegyi funkció még érdekesebb. A vas-kloridos maratáskor az történik, hogy a három vegyértékű vas ionok a réz felületén két vegyértékűvé redukálódnak, eközben az elemi réz pedig egy vegyértékű rézionná oxidálódik, majd ez további három vegyértékű vasionnal találkozva még tovább, két vegyértékű rézionná oxidálódik fel. Ez utóbbi lépés gyakran nem megy végbe teljesen. A levegőztetés során az oxigén visszaoxidálja a kétvegyértékű vasat három vegyértékűvé, és a maradék  egyvegyértékű rezet is továbboxidálja kétvegyértékűve.

O2+4Fe+++2H2O= 4Fe++++4OH-

Eközben azonban ahogy az egyenletben is látható, hidroxid ionok képződnek, amelyek a réz és vasionokkal oldhatatlan csapadékot képeznek. Itt jön be a képbe a sósav, amely közömbösíti a hidroxidionokat, ezzel a csapadékképződést megelőztük.

H3O++OH-=2H2O

(A H3O+ a HCL hidrogénjéből és egy H2O molekulából a sósav vizes oldatában automatikusan összeálló oxóniumion - ami a savas kémhatást okozza)

Innét kezdve amíg a levegőztetést biztosítani tudjuk, és a rendkívül könnyen hozzáférhető sósavat pótoljuk, a rendszer önfenntartó. Nincs szükség több vaskloridra, akármennyi réz is oldódik fel, a maratószerünk továbbra is működőképes marad.

Felmerül a kérdés, hogy a keletkezett rézionok vajon nem zavarják-e a vasklorid működését?

A válasz az, hogy nem, sőt, segítik. Ugyanis az elemi rezet nemcsak a háromvegyértékű vas ionok, de a kétvegyértékű rézionok is tudják oxidálni. Igen, réz a rezet. Miközben a kétvegyértékű rézionnak a töltése eggyel csökken, és egy vegyértékű rézion lesz belőle, a nulla vegyértékű elemi réznek eggyel nő a vegyértéke, és szintén egyvegyértékű rézion lesz belőle.

Cu+++Cu=2Cu+

Amit a levegőztetéssel feloxidálunk a kiinduláskori kétvegyértékű rézionná.

4Cu++O2+2H2O=4Cu+++4OH-

Láthatóan itt elektronátmenet történik, a folyamat végén az össze réz feloldódik. A keletkezett OH- ionokat a feleslegben levő sósav közömbösíti. A maratószerünk tehát egyre jobb lesz.

Innét már csak egy rövid lépést kell tennünk a vasklorid mentes maratószer irányába. Mivel az eddigiek alapján a rézionok is képesek az elemi rezet oxidálni, adja magát a felismerés, hogy a vas-kloridra igazából nincs is szükség, és a nyáklapról feloldódó réz önmaga teszi egyre erősebbé és hatékonyabbá a maratószerünket, mindössze a levegőztetést kell biztosítani.

Ebben az esetben a folyamat elindítása az, ami némi gondot okozhat. Ugyanis ahhoz, hogy a nyáklapról a réz bekerüljön az oldatba, eleve szükséges valamennyi rézion. Ennek biztosításra három módszer áll rendelkezésünkre.

1. valamilyen rézvegyületet kell sósavban feloldanunk. A legkézenfekvőbb választás a réz-gálic, amit gazdaboltokban tudunk beszerezni, ebból készül a szőlő permetezésére szolgáló bordói por. De rézoxikloridot is oldhatunk sósavban, ez is egy gyakori és könnyen beszerezhető permetszer.

2. Elemi rézből csinálunk rézvegyületet. Ezt a következőképpen tudjuk megtenni. Rézdrótot kell szereznünk, lehetőleg vékonyat és több méternyit. Ezt gázlángon felhevítve a felülete megfeketedik, ami réz-oxid keletkezése miatt van.

2Cu +O2= 2CuO

Szerencsére a réz oxid remekül oldódik sósavban, ezért a megfeketedett drótot sósavba mártva a réz felülete letisztul, a sósav viszont megzöldül réz-klorid keletkezése miatt.

CuO+2HCl = CuCl2 + H2O

Az eljárást kellő számban megismételve össze tud jönni annyi kétvegyértékű réz ion amivel a buborékoltatós maratást már meg tudjuk kezdeni. Innét kezdve az oldatunk a nyákról beoldódó rézzel folyamatosan egyre jobb és jobb lesz. Célszerű az első maratások során a marató oldatot 40-50 fokra felmelegíteni, hogy a reakció sebességét megnöveljük.

3. A fentebb említett hidrogén-peroxidos módszerrel történő maratás utáni löttyöt is használhatjuk kiindulási anyagként. Itt is érvényes, hogy a buborékoltatás mellett melegíteni is kell az oldatot eleinte, mindaddig, amíg a nyáklemezekből elégséges mennyiségű rezünk be nem oldódott a maratószerbe.

Természetesen maradhatunk a vaskloriddal kevert verzió mellett továbbra is, ha nem zavarnak a foltok. Az egésznek az a lényege, hogy csak a legkönnyebben beszerezhető összetevőt, a sósavat kell pótolnunk, a maratószerünk nem fog kimerülni, és nem kell a környezetet szennyeznünk a kimerült oldat kidobásával.

 

Szólj hozzá!

A bejegyzés trackback címe:

https://gazz.blog.hu/api/trackback/id/tr2114503110

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.