|
กรุณาอย่าโทรสอบถามเกี่ยวกับบทความนี้
เราเป็นเพียงผู้รวบรวมข้อมูลและนำเสนอให้ท่านได้ศึกษาเท่านั้น...
ไม่ได้มีความรู้มากกว่าบทความที่ลงไป
ทางเราขอสงวนสิทธิ์ไม่ตอบคำถามใด ๆ เกี่ยวกับบทความนี้
Line ID และเบอร์โทรข้างล่างนี้ สำหรับผู้ที่สนใจจะเรียนกัดกรดเท่านั้น
Ferric Chloride (กรดกัดทองเหลือง)
สารละลาย ferric chloride ค้นพบโดย Rembrandt จิตรกรชาวฮอลแลนด์ โดยนำ Nitric acid และ Dutch mordant มาใช้กัดทองแดง ด้วยคุณสมบัติในการกัดกร่อนพื้นผิวทองแดง และไม่เป็นพิษต่อสุขภาพ จึงได้รับความนิยมที่จะนำมาใช้กัดพื้นผิวแทนกรดอื่น ๆ เนื่องจากเกลือ Ferric chloride ไม่มีข้อเสียในการผสมกับสารละลายกัดกร่อนชนิดอื่นๆ และมันไม่เกิดไอที่เป็นอันตราย ไม่มีกลิ่น แม้ว่าจะเป็นสารกัดกร่อน แต่ก็ไม่ซึมสู่ผิวหนัง
สารละลาย Ferric chloride ในน้ำมีฤทธิ์เป็นกรดแก่ เมื่อทำปฏิกิริยากับทองแดง กลับไม่ก่อให้เกิดไอหรือควัน ยกเว้น free oxygen ที่เกิดขึ้น และทองแดงจะไม่ทำปฏิกิริยากับ hydrochloric acid ซึ่งเป็นกรดที่ถูกสร้างขึ้นจากสารละลาย ferric chloride เมื่อ Ferric chloride ถูกละลายในน้ำ สารละลายจะมีฤทธิ์เป็นกรดแก่เนื่องจากผลของปฏิกิริยา hydrolysis ในการกัดกร่อนทองแดง Ferric chloride จะทำปฏิกิริยารีดอกซ์ เป็น copper(I) chloride และจากนั้นทำปฏิกิริยาอีกครั้งเป็น copper(II) chloride
1) FeCl3 + Cu → FeCl2 + CuCl
(Ferric chloride) (ทองแดง) (Ferrous) (copper(I) chloride)
2) FeCl3 + CuCl → FeCl2 + CuCl2
(Ferric chloride) (copper(I) chloride) (Ferrous) (copper(II) chloride/cupric chloride)
โดยพื้นฐาน สารละลาย Ferric chloride ในน้ำจะแตกตัวเป็น iron (ferric) ดังสมการ
FeCl3 <=> Fe3 + 3Cl
และ chloride ions ขณะที่น้ำจะแตกตัวเป็น hydrogen และ hydroxyl ions
H2O <=> H3 + OH
Ferric ions บางส่วนจะรวมตัวกับ hydrogen และ hydroxyl ions กลายเป็น ferric hydroxide สารประกอบซึ่งลายได้น้อยและตกตะกอนในสารละลายเป็นของแข็งสีน้ำตาล
Fe3 + 3OH <=> Fe(OH)3
ตะกอนนี้มีประโยชน์ในการเอา Hydroxyl ions ออกจากสารละลาย เหลือไว้แต่ hydrogen ions จำนวนมาก และการมีอยู่ของ hydrogen ions ก็ทำให้สารละลายมีฤทธิ์เป็นกรด เพราะว่าคุณสมบัติของโลหะเป็นที่รู้กันอยู่แล้วว่าเป็นขั้วลบ ทองแดงจึงเข้าแทนที่ ironตามสมการ และ กลายเป็นสารผสมระหว่าง ferrous และ cupric irons อย่างมีประสิทธิผล ทองแดงละลายได้โดยไม่เกิดแก็สใดๆ
2Fe3 + Cu (solid) <=> 2Fe3 + Cu2 (4)
Ferrous ions จะเริ่มเสถียรขึ้นขณะที่สารละลายเริ่มมีความเป็นกรดและช่วยให้การละลายทองแดงง่ายขึ้น ขณะที่ในสารละลายพื้นฐาน (มีความเป็นกรดน้อย) ferrous ions จะถูกแปลงกลับไปเป็น ferric เมื่อทองแดงละลายมากขึ้น และมากเกินขีดจำกัดที่จะละลายได้ copper(II) chloride หรือ cupric chloride จะตกตะกอนจากสารละลาย จากสีเขียว เป็นของแข็งสีน้ำเงิน
Strengths and Mixing
Ferric chloride จะมีทั้งที่เป็น และในรูปแบบของเหลวซึ่งมักจะมีค่า strength ที่ 45o Baume ซึ่งค่านี้แสดงความถ่วงจำเพาะที่ 1.43 โดยประมาณ หรืออัตราส่วนของน้ำหนักต่อปริมาตร 39-41% ในการผสมสารละลายเพื่อกัดกร่อนทั่วไป จะใช้น้ำ 2 ส่วน ต่อสารละลาย ferric chloride 1 ส่วน ที่ค่า strength 42o Baume
การเตรียมสารละลาย
ถึงตอนนี้ ferric chloride ที่มีความเป็นกรดสูง ต้องการขั้นตอนที่จะเอา free acid ออกและปรับสภาพสารละลาย ทำได้หลายวิธี
วิธีที่ 1 : ใส่ทองแดงจำนวนเล็กน้อยเข้าไปและปล่อยให้ละลาย
วิธีที่ 2 : นำสารละลาย stock 10cc เติมสารละลาย ammonia 9% ที่ใช้ทั่วไป 10cc ผลที่ได้จะทำให้ตะกอน ferric chloride นอนก้น ก่อนที่จะรินของเหลวออกและเติมตะกอนที่ได้ลงในสารละลาย stock 1 ลิตร
วิธีที่ 3 : นำของเหลว ferric chloride ที่ใช้แล้ว 1 ส่วน ผสมกับกรดใหม่(สารละลาย 42o Baume) 10 ส่วน
ระยะการกัดกร่อนที่ดีที่สุด มักจะเกิดขึ้นหลังจากทำการกัดกร่อนไประยะหนึ่งแล้ว (เป็นผลของช่วงระยะเวลา”ฟักตัว”ของปฏิกิริยาเคมีที่จะคงตัว) แต่ในขณะที่ปฏิกิริยาการกัดกร่อนดำเนินต่อไป สารละลายจะเริ่มมีประสิทธิภาพลดลง การหมดประสิทธิภาพจะสามารถสังเกตได้จากสีที่เปลี่ยนไป จากเริ่มต้นเป็นสีน้ำตาลแดง (ferric hydroxide) กลายเป็น น้ำตาลขุ่น (เหมือนโคลน) (ferric และ ferrous hydroxide) เมื่อสารละลายทำงานมีประสิทธิภาพมากที่สุด
และสุดท้ายเป็นสารละลายสีเขียวเข้มและตะกอนสีดำ (cupric salt ในสารละลายและตกตะกอนโดย hydroxide) ถึงขั้นตอนนี้สารละลายจะหมดประสิทธิภาพและต้องมีการเปลี่ยน
การกำจัดทำได้โดยการเติม calcium ลงไปช้าๆ (washing soda crystals หรือ soda ash) จนกระทั่งหมดฟอง (และค่า ph ถึง 7) ที่จุดนี้สารละลายจะเป็นธรรมชาติและสามารถกำจัดทิ้งได้อย่างปลอดภัย
คำแนะนำทั่วไปคือควรกัดแผ่นทองแดงใน Ferric chloride โดยวางคว่ำหน้าหรือวางในแนวตั้ง เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ตะกอน ferric hydroxide ไปอุดตันเส้นที่กัด ซึ่งจะขัดขวางการกัดกร่อนได้ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้จะไม่จำเป็นถ้าแผ่นทองแดงที่วางหงายหน้าขึ้น ถูกเอาออกจากสารละลายทุกๆ 20 นาทีแล้วนำไปล้างให้น้ำเย็นไหลผ่านเพื่อเอาตะกอนออกก่อนจะนำไปกัดต่อ ถ้าการกัดงานสมบูรณ์แล้ว ต้องนำแผ่นงานไปทำความสะอาดกับน้ำที่ไหล เพราะว่า ferric chloride ที่ยังเหลืออยู่จะทำปฏิกิริยากัดต่อไป
โดยสรุป Ferric chloride เป็นสารเคมีและควรสัมผัสอย่างระมัดระวัง อย่างไรก็ตาม ไม่มีการแสดงระดับความเป็นพิษที่สัมพันธ์กับ nitric acid และ Dutch Mordant มีเพียงคำเตือนให้เก็บสารละลายไว้ในขวดพลาสติกและล้างด้วยน้ำเมื่อสัมผัสถูกผิว ไม่จำเป็นต้องมีตู้ดูดไอ
สารละลาย 42o Baume ที่ประสิทธิภาพที่ดีที่สุดของมันจะกัดลายลึกๆได้ดีมาก เมื่อเจือจางเหลือประมาณ 32o Baume โดยการเติมน้ำจำนวนเท่ากัน จะมีประสิทธิภาพเหมาะสมกับงานกัดละเอียด และงานที่มีความละเอียดโดยไม่เสียเวลาในการกัดเพิ่ม
|
