Mạ hóa học1.Nêu cơ chế mạ hóa học, thành phần dung dịch và tác dụng của các thành phần chính trong dung dịch mạ?. Giải thích chi tiết thành phần chất khử trong thành phần dung dịch mạ hó
Trang 1Mạ hóa học
1.Nêu cơ chế mạ hóa học, thành phần dung dịch và tác dụng của các thành phần chính trong dung dịch mạ? Giải thích chi tiết thành phần chất khử trong thành phần dung dịch mạ hóa học.
Cơ chế mạ hóa học
Thuyết thế hỗn hợp
Khi quá trình mạ hoá học được tiến hành thì ion phức kim loại MLmn+ sẽ khử thành nguyên tử kim loại M, đồng thời chất khử R bị oxi hoá thành dạng On+ Các phản ứng này có bản chất giống như phản ứng điện hoá, nó gồm các phản ứng catot,
và các phản ứng anot riêng biệt, xảy ra đồng thời trên cùng một bề mặt nền:
Phản ứng catot: MLmn+ + ne = M + mL
Phản ứng anot: R - ne = On+ (1.9)
Phản ứng tổng: MLmn+ + R = M + mL + On+ (1.10)
Hai phản ứng (1.8) và (1.9) xác lập nên thế mạ hoá học, được gọi là thế hỗn hợp Hình 1.1 thể hiện khái niệm thế hỗn hợp dùng để mô tả nguyên tắc phản ứng mạ hoá học.
Trang 2Theo cách hiểu này thì phản ứng tổng được xem là một tổ hợp đơn giản các hành vi điện hoá của hai phản ứng riêng phân (được xác định một cách độc lập ) lại
mà thành Thực ra quá trình mạ hoá học xảy ra phức tạp hơn nhiều so với những điều vừa trình bày ở trên Bởi vì các phản ứng riêng phần không xảy ra một cách độc lập
mà còn có sự tương tác và phụ thuộc lẫn nhau, ngoài ra còn có các phản ứng phụ xảy
ra đồng thời Do đó, các đường sẽ biến dạng và trở nên phức tạp hơn nhiều so với đường ghép đơn giản từ hai phản ứng độc lập lại với nhau như ở hình 1.1.
Mặc dù có những giới hạn như vậy, thuyết thế hỗn hợp vẫn có ích trong việc nghiên cứu tìm hiểu về tính chất của từng phản ứng riêng phần trong quá trình mạ hoá học.
• Cơ chế tổng quát:
Quá trình mạ hoá học xảy ra rất phức tạp, đa dạng vì nó còn phụ thuộc vào đặc điểm của từng hệ mạ và từng loại chất khử khác nhau Tuy nhiên, chúng vẫn có một
số điểm chung là:
- Quá trình mạ hoá học nào cũng luôn kèm theo sự thoát khí hydro.
- Các kim loại có khả năng mạ hoá học được đều có tác dụng xúc tác nhận – tách hydro.
- Các chất làm ngộ độc phản ứng nhận, tách hydro như tioure, mercaptobenzotiazol… đồng thời cũng có khả năng làm ổn định dung dịch mạ hoá học.
Các phản ứng kết tủa hoá học thường được kích hoạt khi tăng pH.
Từ các đặc điểm đó, người ta xây dựng thành một cơ chế tổng quát chung cho mọi quá trình mạ hoá học như sau:
Anot:
Tách hydro : RH →
R + H (1.11)
Trang 3Oxi hoá : R + OH →
ROH + e (1.12) Kết hợp : H + H →
H2 (1.13) Oxi hoá : H + OH →
H2O + e (1.14)
Catot:
Kết tủa kim loại : Mn+ + ne →
M (1.15) Thoát hydro : 2H2O + 2e →
H2 + 2OH (1.16)
Trong đó:
RH - chất khử, chúng hấp phụ lên bề mặt kim loại mạ, phân ly thành gốc R và nguyên tử hydro theo phản ứng (1.11)
e - điện tử cần thiết để khử ion kim loại thành kim loại, được R ở (1.12) và H ở (1.14) cung cấp Phần đóng góp của mỗi phản ứng sẽ quyết định hiệu quả sử dụng của chất khử.
H2 - khí hydro thoát ra do các nguyên tử hydro hấp phụ kết hợp lại ở (1.13) và
do phản ứng (1.16) Sản phẩm của chất khử sau phản ứng ( như P từ hypophotphit, B
từ dimetylamin boran…) tham gia vào thành phần lớp mạ.
*Tác dụng các thành phần dung dịch mạ niken hóa học
+,chất khử NaH2PO2
-Muối niken:muối niken là thành phần chủ yếu dung dịch mạ niken hóa học là chất cung cấp ion Ni2+ trong dung dịch
-Chất khử : NaH2PO2 là chất khử trong dung dịch mạ niken hóa học làm cho ion bị khử thành lớp mạ
Trang 4-Chất tạo phức :chất tạo phức tác dụng với ion tạo thành phần ổn định chống sự tạo thành kết tủa Ni(OH)2 và NiHPO3
-Chất đệm ph : tính ổn định dung dịch tốc độ kết tủa ,chất lượng lớp mạ chịu ảnh hưởng rất lớn bới ph của dd.cho chất đệm ph làm ph của dung dịch ổn định
-Chất ổn định Trong dung dịch mạ niken hóa học có một số hạt keo và hạt chất cạn rất nhỏ chúng là trung tâm xúc tác ,làm tăng sự phân hủy của dd.chất ổn định có tác dụng chống và làm chậm sự phân hủy của dung dịch làm cho dung dịch ổn định -Chất làm bóng : thông thường lớp mạ niken là lớp bán bóng đê được lớp mạ bóng thường cho thêm vài chất làm bóng
-Chất tăng tốc : khi cho chất tăng tốc và chất ổn định làm giảm tốc độ kết tủa niken,cho chất tăng tốc nâng cao tốc độ kết tủa
+,Chất khử (CH3)2NHBH3 hoặc C3H7NHBH3
+Chất khử N2H4H2SO4 hoặc N2H4H2O
+,Chất khử NaBH4
2.Phân loại lớp mạ hóa học? Trong thực tế người ta hay sử dụng phương pháp nào? Nêu cơ chế của phương pháp đó?
Phân loại
Trong thực tế người ta hay sử dụng phương pháp nào? Nêu cơ chế của phương pháp đó?
Chủ yếu nghiên cứu quá trình mạ hoá học tự xúc tác Còn mạ tiếp xúc hay mạ nội điện phân là công nghệ thu được lớp mạ nhờ phản ứng trao đổi
Trang 5Đặc điểm của lớp mạ này là công nghệ đơn giản, lớp mạ mỏng, chỉ dùng cho trường hợp không cần độ dày lớp mạ hoặc lớp mạ lót trước khi mạ
Đặc điểm: Quá trình mạ này dựa vào phản ứng oxi hoá-khử, trong đó chất
khử R là một hoá chất nằm trong thành phần của dung dịch mạ và kim loại kết tủa
M phải có tác dụng xúc tác cho phản ứng ấy.
Động lực của quá trình này là khả năng xúc tác của kim loại kết tủa M đối với phản ứng oxi hoá chất khử: R – ne = O Cách này cho lớp mạ dày từ 1 đến
100 μm.
Ví dụ: Mạ Ni hoá học:
Khử:
Ni2+ + 2e = Ni φo
Ni2+/Ni = - 0,25V (1.5) Oxi hoá:
H3PO2 + H2O = H3PO3 + 2H+ + 2e φ 3 3/ 3 2
o
PO H PO H
= - 0,5 V (1.6) Phản ứng tổng:
Ni2+ + H3PO2 + H2O = Ni + H3PO3 + 2H+ (1.7)
Eo = φo
Ni2+/Ni - φ 3 3/ 3 2
o
PO H PO H
= 0,25 V
Mạ hoá học theo kiểu tự xúc tác thì có những đặc điểm và yêu cầu sau:
Điện thế bị oxi hoá chất khử trong dung dịch cần nhỏ hơn điện thế bị khử ion kim loại, làm cho kim loại có thể kết tủa trên nền.
Trang 6 Phản ứng chỉ được tiến hành trên bề mặt chi tiết do tác dụng xúc tác, trong dung dịch phản ứng không được sinh ra để tránh sự phân huỷ tự nhiên của dung dịch.
Điều chỉnh nhiệt độ, pH dung dịch có thể khống chế tốc độ khử kim loại, tức
là điều chỉnh tốc độ mạ.
Kim loại bị khử tách ra, có tác dụng xúc tác, như vậy lớp mạ mới tăng độ dày.
Chất sinh ra trong phản ứng không cản trở quá trình mạ, tức là dung dịch có tuổi thọ sử dụng phù hợp.