
Portuguese: 
Aviso: O ácido sulfúrico e bissulfato de sódio são corrosivos.
Use luvas durante o manuseio.
Saudações companheiros nerds.
Neste vídeo nós vamos fazer de zinco metálico usando eletroquímica.
Eu mostrei anteriormente o processo zinco alcalino que é fácil, direto,
e um tanto tolerante a variações na corrente e concentração.
A desvantagem é que só produziu zinco em pó.
Neste vídeo vou mostrar o processo de sulfato ácido, que é mais difícil e mais complexo,
mas permite você produzir depósitos de zinco sólido.
Mas, primeiro, preciso diminuir as suas expectativas:
Isto não é mais barato do que comprar de zinco diretamente.
Nosso objetivo aqui é explorar a ciência.
Primeiro vamos começar com 40 g de óxido de zinco.
Isto pode ser comprado de empresas fornecedoras de produtos para cerâmica ou de fabricação de sabão.
Agora, nisso adicione 150g de bissulfato de sódio monohidratado.
Isto é vendido como um abaixador de pH para piscinas.

English: 
Warning: Sulfuric acid and sodium bisulfate are corrosive.
Wear gloves when handling them.
Greetings fellow nerds.
In this video we're going to make zinc metal by electrochemistry.
Now previously i showed the alkaline zincate process which is easy, straightforward,
and somewhat forgiving of variations in current and concentration.
The drawback was that it only produced zinc powder.
In this video i'll show the acidic sulfate process which is harder and more complex,
but let's you produced solid deposits of zinc.
But first, i need to crush your expectations:
This is not cheaper than buying zinc directly.
Our objective here is to explore the science.
First we start with 40g of zinc oxide.
This can be bought from pottery supply and soap making companies.
Now to this add 150g of sodium bisulfate monohydrate.
This is sold a pH lowering chemical for swimming pools.

English: 
Now add a total of 400 mL of water and stir until dissolved.
This might take awhile.
What we're doing is making a mixture of sodium sulfate and zinc sulfate salts.
Now the later electrochemistry would actually work better with pure zinc sulfate
and if you have that then make a solution of that and skip ahead.
You can also mix zinc oxide and sulfuric acid to make zinc sulfate.
I'm using sodium bisulfate because it's much easier to get
than sulfuric acid for most amateur chemists.
I did try low grade drain cleaner sulfuric acid but the results were absolutely terrible.
The zinc produced was in poor yield and very poor quality.
Clean sodium bisulfate trumps drain cleaner grade sulfuric acid.
I didn't want to use to my lab grade sulfuric acid because if i was going to go that far,
I might as well have bought pure zinc sulfate instead.
Anyway, I digress.
Once we have our solution of sodium and/or zinc sulfates,
we then add in 10 g of zinc powder and continue stirring.
This powder is the same zinc powder i got from

Portuguese: 
Agora adicione um total de 400 mL de água e agite até dissolver.
Isso pode levar algum tempo.
O que estamos fazendo é uma mistura de sais de sulfato de sódio e sulfato de zinco.
Agora, a eletroquímica posterior realmente funcionaria melhor com sulfato de zinco puro
e se você tem isso, então faça uma solução disso e vá adiante.
É também possível misturar o óxido de zinco e ácido sulfúrico para fazer sulfato de zinco.
Estou usando bissulfato de sódio porque é muito mais fácil conseguir
do que ácido sulfúrico para a maioria dos químicos amadores.
Eu tentei ácido sulfúrico de baixa qualidade usando em limpeza de drenos, mas os resultados foram absolutamente terríveis.
O zinco produzido teve um baixo  rendimento e qualidade ruim.
Bissulfato de sódio limpo supera o ácido sulfúrico de baixa qualidade usado em limpeza de drenos.
Eu não quero usar o meu ácido sulfúrico de grau laboratorial porque se assim for,
eu poderia muito bem simplesmente ter comprado sulfato de zinco puro.
De qualquer forma, eu divago.
Uma vez que temos a solução de sódio e/ou sulfatos de zinco,
então adicionamos 10 g de pó de zinco e continuamos a agitar.
Este pó é o mesmo pó de zinco que eu tenho do

Portuguese: 
método zinco alcalino para fazer pó de zinco que mostrei em um vídeo anterior.
O que estamos fazendo é deslocar todos os metais com maior potencial de redução do que o zinco.
Por que estamos nos importando em fazer isso?
Bem, a razão é realmente muito fascinante e um tanto longa.
Primeiro temos de lembrar que se eletrolisarmos uma solução contendo uma mistura de íons
nós iremos primeiro reduzir os íons com potencial de redução mais elevados no cátodo.
Então, quando estes estiverem esgotados chegaremos a aqueles com potencial de redução mais baixos.
Por exemplo, um íon como sódio é muito baixo, como -2.71 volts.
Hidrogênio, no entanto, é definido como tendo um potencial de redução de 0 volts
e vai ser reduzido muito antes do sódio.
Pelo menos é assim que funciona em condições de equilíbrio termodinâmico.
O cobre, por outro lado encontra-se em +0.337 volts
por isso, é muito facilmente depositado a partir da solução.
Isto é, na verdade, a base para o meu vídeo sobre como fazer o ácido sulfúrico a partir de sulfato de cobre.

English: 
the alkaline zincate method of making zinc powder i showed in a previous video.
What we are doing is displacing all the metals with greater reduction potential than zinc.
Why are we bothering to do this?
Well, the reason is actually quite fascinating if a bit long.
We first have to remember that if we electrolyze a solution containing a mixture of ions
we're first going to reduce the ions with higher reduction potentials at the cathode.
Then when those are depleted we get to the ones with lower reduction potentials.
For example, an ion like sodium is very low at -2.71 volts.
Hydrogen on the other hand is defined as having a reduction potential of 0 volts
and will this get reduced long before the sodium ever will.
At least that's how it works under thermodynamic equilibrium conditions.
Copper on the other hand lies at +0.337 volts
so it is very easily deposited out of solution.
That is actually the basis for my video on making sulfuric acid from copper sulfate.

English: 
Now where does zinc lie? It's around -0.76 volts.
Wait a minute, if hydrogen is at 0 volts and zinc is at -0.76 volts
then as we apply progressively more and more negative voltages at the cathode
we should only be generating hydrogen.
Sure we can alter the numbers somewhat by changing the concentrations,
but 0.76 volts is a pretty significant difference in electrochemistry
and we should be doomed right from the start,
never being able to plate out zinc.
Luckily for us, zinc has a special property to help us.
One must first remember these numbers only apply under thermodynamic equilibrium conditions.
Hydrogen is defined as having a potential of zero volts in an idealized standard hydrogen electrode.
A zinc plating cell is not.
On the surface of a zinc metal electrode hydrogen actually has a very difficult time forming
and requires a much stronger potential over that of an idealized electrode.

Portuguese: 
Agora, onde se encontra de zinco? Em torno de -0,76 volts.
Espere um minuto, se o hidrogênio está em 0 volts e zinco está em -0.76 volts
então enquanto aplicamos tensões progressivamente mais e mais negativas no cátodo
deveríamos só estar gerando hidrogênio.
Claro que podem alterar os números um tanto alterando as concentrações,
mas 0,76 volts é uma diferença muito significativa em eletroquímica
e devíamos estar sentenciados desde o início,
nunca sendo capazes de conseguir zinco metálico.
Felizmente para nós, o zinco tem uma propriedade especial para nos ajudar.
Primeiro devemos lembrar que estes números só se aplicam em condições de equilíbrio termodinâmico.
O hidrogênio é definido como tendo um potencial de zero volts por um eletrodo idealizado padrão de hidrogênio.
Uma célula de galvanização de zinco não é.
Na superfície de um eletrodo de zinco metálico o hidrogênio na verdade tem muita dificuldade de se formar
e requer um potencial muito mais forte do que em um eletrodo idealizado.

English: 
This overpotential is actually very high for zinc, -0.77 volts, just marginally lower
than the reduction potential of zinc itself at -0.76 volts.
We can further improve these numbers by using very high zinc concentrations
but the main point is that under the right conditions,
we can indeed selectively plate out zinc metal versus hydrogen.
So why are we displacing everything else with zinc metal?
Well our hydrogen overpotential cheat with zinc metal only works with zinc metal,
other metals have different overpotentials for hydrogen.
For example iron has a hydrogen overpotential of just -0.15 volts.
So if we have iron impurities in our solution
they will plate out onto the zinc and serve as sites for generating hydrogen gas.
Since hydrogen comes out on iron at -0.15 volts,
before we can get to the zinc plating potential.
We can preempt this process by stirring in zinc metal powder

Portuguese: 
Este sobrepotencial é realmente muito alto para o zinco, em -0.77 volts, apenas ligeiramente inferior
do que o potencial de redução do próprio zinco, em -0.76 volts.
Nós podemos melhorar ainda mais estes números, utilizando concentrações muito elevadas de zinco
mas o ponto principal é que, sob as condições certas,
nós podemos seletivamente conseguir zinco metálico em vez de hidrogênio.
Então por que estamos deslocando tudo com zinco metálico?
Bem nosso truque de sobrepotencial de hidrogênio com zinco metálico somente funciona com zinco metálico,
outros metais têm diferentes sobrepotenciais para o hidrogênio.
Por exemplo o ferro tem um sobrepotencial de hidrogênio apenas a -0,15 volts.
Então, se temos impurezas de ferro em nossa solução
eles vão recobrir o zinco e servir como locais para a geração de hidrogênio gasoso.
Sendo que hidrogênio é liberado no ferro em -0.15 volts,
antes de possamos chegar ao potencial de zincagem.
Nós podemos antecipar este processo agitando pó de zinco metálico

Portuguese: 
e deslocar todos os metais que têm um potencial de redução maior do que o zinco.
Se todos eles se forem, a solução estará pura.
Eles não depositarão durante o nosso verdadeiro processo de revestimento de zinco e não irá iniciar-se a geração de hidrogênio.
Agora você pode estar se perguntando por que eu não fiz isso
durante o processo zinco alcalino para fazer pó de zinco que mostramos em um vídeo anterior.
Por algumas razões, na verdade.
Primeiro, nas condições muito alcalinas do hidróxido de sódio concentrado,
a maioria dos metais problemáticos iria precipitar.
E em segundo lugar, sob condições extremamente alcalinas
deslocamos o potencial de redução para a formação de hidrogênio em regiões mais negativas.
Ok, vou deixar minha mistura agitar durante a noite
para garantir que todas as impurezas sejam deslocadas pelo pó de zinco.
No próximo dia removerei por filtração o pó de zinco e quaisquer impurezas depositadas nele.
Agora, para os nossos eletrodos.
Para o nosso eletrodo positivo, ou ânodo,
vamos precisar usar um eletrodo de platina recoberto com titânio.
Um eletrodo de dióxido de chumbo também funciona para este processo.
A maioria dos outros eletrodos corroem sob condições ácidas e contaminam a solução.

English: 
and displacing all the metals that have reduction potentials greater than zinc.
If they're all gone and the solution is pure.
They won't plate out during our actual zinc plating process and won't start up hydrogen generation.
Now you might be wondering why i didn't do this
during the alkaline zincate process for making zinc powder we showed in a previous video.
A couple of reasons actually.
First, under the very alkaline conditions of concentrated sodium hydroxide,
most of the problematic metals would just precipitate out.
And second, under extremely alkaline conditions
we push the reduction potential for hydrogen formation into more negative regions.
Okay, i'm going to let my mixture stir overnight
to ensure all impurities are displaced by the zinc powder.
The next day filter off the zinc powder and whatever impurities are deposited on it.
Now for our electrodes.
For our positive electrode, or anode,
we'll need to use a platinum coated titanium electrode.
A lead dioxide electrode also works for this process.
Most other electrodes corrode under acidic conditions and contaminate the solution.

English: 
So we have to use platinum or lead dioxide.
You can use zinc metal anodes if your end goal is just to plate zinc rather than isolate it.
Since i'm exploring the science, i'm using platinum.
For our negative electrode or cathode, i'm going to use a strip of nickel metal.
A strip of zinc metal is better but all i had was nickel.
Now we apply the current.
Because we can still generate unwanted hydrogen if we apply too much current,
we'll need to use a very low current density
of less than 30ma per square centimeter of cathode area, preferably 20ma.
What's happening is the zinc ions are being reduced to zinc metal at the cathode.
At the anode the water is being oxidized to oxygen.
Overall we're converting zinc sulfate to sulfuric acid, zinc metal and oxygen.
For those wondering the nickel electrode with its low hydrogen overpotential
does indeed generate some hydrogen when the plating starts.
But the zinc concentration is very high
and the plated zinc covers up most of the nickel and blocks it off.

Portuguese: 
Então, nós temos que usar platina ou dióxido de chumbo.
Você pode usar ânodos de zinco metálico se o seu objetivo final é apenas recobrir com zinco em vez de isolá-lo.
Por estar explorando a ciência, eu estou usando platina.
Para o nosso eletrodo negativo ou cátodo, vou usar uma tira de níquel metálico.
Uma tira de zinco metálico é melhor, mas tudo que tinha era níquel.
Agora vamos aplicar a corrente.
Sendo que nós ainda podemos gerar hidrogênio indesejado se aplicarmos muita corrente,
vamos precisar usar uma densidade de corrente muito baixa
de menos de 30 mA por centímetro quadrado de área de cátodo, de preferência, de 20 mA.
O que está acontecendo é que íons de zinco estão sendo reduzidos até zinco metálico no cátodo.
No ânodo a água está sendo oxidada até oxigênio.
Em geral, nós estamos convertendo sulfato de zinco em ácido sulfúrico, zinco metálico e oxigênio.
Para aqueles que está se perguntando, o eletrodo de níquel com seu baixo sobrepotencial de hidrogênio
de fato, gerar um pouco de hidrogênio quando o recobrimento inicia.
Mas a concentração de zinco é muito alta
e o recobrimento de zinco recobre a maior parte do níquel e bloqueia.

Portuguese: 
No entanto eu ainda recomendo o uso de tiras de zinco, se você tiver.
De qualquer forma, à medida que continuamos a deposição de zinco metálico,
empobrecemos a solução de zinco e aumentamos a acidez.
Eventualmente, a concentração de zinco irá tornar-se muito baixa para continuar depositando
e a concentração de ácido vai ser suficientemente elevada
de modo que a geração de hidrogênio torna-se a reação dominante.
Você pode ver aqui o cátodo começando a borbulhar.
Aqui está a célula eletrolítica depois de passar dezesseis horas,
o grande borbulhamento no cátodo indica que a solução de zinco está severamente esgotada
e convertida em bissulfato de sódio novamente.
O depósito de zinco é muito mais fino e mais compacto
que o processo alcalino, mas isso é porque é sólido.
Aqui está uma imagem mais perto.
Pode ver pequenos furos ou pits no depósito onde as bolhas de hidrogênio se formaram
bloqueado deposição de zinco.
Provavelmente não removi todas as impurezas metálicas com o tratamento com pó de zinco
ou utilizei uma densidade de corrente muito alta quando fiz a galvanoplastia.
No entanto, ainda temos um depósito bastante espesso de zinco.
A tira de níquel metálico está um tanto flexível
mas a placa de zinco está muito forte e difícil de dobrar.

English: 
Nonetheless i still recommend using actual zinc strips if you have them.
Anyway, as we continue depositing zinc metal,
we deplete the solution of zinc and raise the acidity.
Eventually the zinc concentration will become too low to continue depositing
and the concentration of acid will be high enough
that hydrogen generation becomes the dominant reaction.
You can see the cathode starting to bubble here.
Here is the electrolytic cell after leaving it for sixteen hours,
the major bubbling of the cathode indicates the zinc solution is severely depleted
and converted to sodium bisulfate again.
The deposit of zinc is much thinner and more compact
than the alkaline process, but that's because it's solid.
Here is a close up look.
You can see small holes or pits in the deposit where hydrogen bubbles formed
and blocked zinc deposition.
I probably didn't remove all the metal impurities with the zinc powder treatment
or i used too high a current density when i was electroplating.
Nonetheless, we still have a fairly thick deposit of zinc.
The nickel metal strip is somewhat flexible
but the zinc plate is very strong and hard to bend.

Portuguese: 
Agora, uma vez que regeneramos o bissulfato de sódio,
você pode adicionar óxido de zinco, repetir o tratamento de pó de zinco,
e colocar o eletrodo de volta para depositar uma outra camada de zinco metálico.
Pode construir-se camadas muito grossas de zinco metálico com repetidas deposições.
Embora fique mais rugoso e amorfo na medida que aumentam as imperfeições.
De qualquer forma, é assim que você faz um zinco metálico por eletroquímica.
Obrigado por assistir.
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Os links estão na descrição do vídeo.

English: 
Now since we regenerated the sodium bisulfate,
you can add in zinc oxide, repeat the zinc powder treatment,
and put the electrode back in to deposit another layer of zinc metal.
You can build up very thick layers of zinc metal with repeated deposition.
Although it does get rougher and duller as the imperfections build up.
Anyway, that is how you make raw zinc metal by electrochemistry.
Thanks for watching.
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