М. Фарадей установил, что количества химических веществ, выделившихся на электродах, прямо пропорциональны количеству электричества, прошедшего через электролит.

Если, например, через электролит пропустить ток силой 1 А в течение 1 ч, то на катоде выделится такое же количество металла, какое выделится при прохождении тока силой 10 А в течение 0,1 ч.

М. Фарадей установил также, что количества веществ, выделенные на электродах равными количествами электричества, относятся друг к другу как химические эквиваленты этих веществ. Эквивалентная масса равна атомной массе, деленной на валентность. Так, например, атомная масса серебра равна 107,88, а так как серебро одновалентно, то эквивалентная масса его выражается тем же числом. Атомная масса меди равна 63,57, медь двухвалентна, поэтому эквивалентная масса ее 63,57:2 = 31,78.

Для выделения грамм-эквивалента любого металла должно пройти количество электричества, равное 26,8 А·ч (ампер·часам). Таким образом, от протекания 1 А·ч согласно закону Фарадея выделяется:

1 : 26,8 = 0,0373 (г·экв)

Расчет количества различных металлов, выделяемых 1 А·ч, приведен в таблице 1.

При пользовании этой таблицей для определения количества металла, выделяющегося при определенной силе тока за какой-либо отрезок времени, надо умножить величину, взятую из последней колонки, на силу тока в амперах и на время электролиза в часах.

Так, например, для определения количества меди, выделяющейся на катоде при силе тока 8 А за 3 ч электролиза, необходимо перемножить числа:

1,186·8·3 = 28,464 г.

Таким образом, при непрерывной длительности электролиза масса отложившегося металла зависит от силы тока. Сила тока, отнесенная к единице поверхности электрода, называется плотностью тока; она измеряется в амперах на квадратный дециметр (А/дм2).

Ввиду того, что плотность электролитической меди составляет 8,9 г/см3, в приведенном примере будет выделено 28,464: 8,9 = 3,18 г/см3. Если мы разделим это число на площадь поверхности изделия (например, в данном случае она равна 1 дм2, т. е. 100 см2), получим толщину отложенного слоя меди, в нашем примере 0,31 мм.

Гальванопластические работы производят в сосудах-ваннах, имеющих обычно прямоугольную форму. Но могут использоваться сосуды и других геометрических форм. Емкость сосудов-ванн определяется объемом тех предметов, которые репродуцируют. Для снятия копии с медалей могут использоваться стеклянные цилиндрические банки емкостью 4–5 л, а при репродуцировании небольших барельефных работ — 10–20 л.

Для ванн могут применяться не только стеклянные сосуды, но и керамические — глазурованные, пластмассовые, в частности коробки от аккумуляторов, а также деревянные ящики, прочно покрытые горячим битумом, сварные из листовой пластмассы винипласта.

Для электролиза в гальванотехнике применяют постоянный ток низкого напряжения, обычно от 3 до 6 В.

Для получения постоянного тока можно пользоваться селеновыми или купроксными выпрямителями, а также выпрямителями тока на диодах.

Для школьных условий может быть рекомендован выпрямитель школьного электрораспределительного щита (рис. 2).

Рис. 2. Школьный электрораспределительный шит (ШЭ-56).

Для гальванопластических работ, производимых в домашних условиях, могут применяться аккумуляторы или жидкостные гальванические элементы типа Лекланше, Даниэля и др.

Для регулирования силы тока, которая определяется в 1–2 А на 1 дм2 (и называется плотностью тока) [1] , применяют ползунковые или водяные реостаты.

Для измерения силы тока устанавливают амперметр постоянного тока, а для наблюдения за напряжением — вольтметр (смотри схему гальванопластической установки рис. 3).

Рис. 3. Схема гальванопластической установки:

1 — ванна; 2 — анод; 3 — катоды-формы для наращивания меди; 4 — источник постоянного тока; 5 — вольтметр; 6 — амперметр: 7 — реостат.

Форму и медный электрод (анод) подвешивают в ванну на подвесках, медный электрод — на медном или латунном проволочном крючке так, чтобы отверстие в электроде и крючок не касались электролита во избежание разъедания крючка. Форма подвешивается на медной или латунной проволоке на расстоянии 15–20 см от электрода.

Электродом, соединенным с положительным полюсом источника (анодом), для медной гальванопластической ванны служит медная пластина толщиной от 3–4 мм и больше [2] .

Электродом, к которому присоединяется отрицательный полюс постоянного источника тока (катодом), служит форма.

Форму из воска или гипса предварительно делают электропроводной, покрывая слоем, проводящим электрический ток, — графитом; этот слой и присоединяют к отрицательному полюсу. Слой графита соприкасается с проложенной проволокой.