Thuyết thế hỗn hợp
Khi quá trình mạ hoá học xảy ra, 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 của quá trình:
Phản ứng catot: MLmn+ + ne = M + mL (P1)
Phản ứng anot: R - ne = On+ (P2) Phản ứng tổng: MLmn+ + R = M + mL + On+ (P3) Hai phản ứng (P1) và (P2) xác lập nên thế mạ hoá học, được gọi là thế hỗn hợp. Hình 1.14 thể hiện khái niệm thế hỗn hợp dùng để mô tả nguyên tắc phản ứng mạ hoá học.
Hình 1.14.Đồ thịđiện thế hỗn hợp (Trong đó i: dòng điện thực; ia: dòng điện anot; ic: dòng điện catot; ipl: dòng điện mạhoá học tại thế hỗn hợp Epl)
Theo cách hiểu này thì phản ứng tổng được xem là một tổ hợp đơn giản của hai phản ứng riêng phần được xác định một cách độc lập. Thực ra quá trình mạ hoá
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Huyền
34
học xảy ra phức tạp hơn nhiều so với cơ chế trình bày ở trên do các phản ứng riêng phần không xảy ra một cách độc lập mà còn tương tác và phụ thuộc lẫn nhau, ngoài ra còn có các phản ứng phụ xảy ra đồng thời. Do đó, các đường riêng phần trên sẽ
biến dạng và trở nên phức tạp hơn nhiều so với đường ghép đơn giản từ hai phản
ứng độc lập như trên hình 1.14. Mặc dù vẫn còn những hạn chế trên, thuyết thế hỗn hợp vẫn là công cụ tốt trong việc nghiên cứu quá trình mạ hoá học.
Cơ chế tổng quát
Nhìn chung, 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 sốđiểm chung là:
9 Quá trình mạ hoá học luôn kèm theo hiện tượng thoát khắ hydro.
9 Các kim loại có khả năng mạ hoá học được đều có khả năng xúc tác quá trình nhận - tách hyđro.
9 Các chất làm ngộ độc phản ứng nhận - tách hydro như thioure (TU),
mercaptobenzotiazol (MBT)Ầ có khả năng làm ổn định dung dịch mạ hoá
học.
9 Các phản ứng kết tủa hoá học thường được kắch hoạt khi tăng pH. 9 Các phản ứng kết tủa hoá học thường được kắch hoạt khi tăng nhiệt độ.
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 [28]:
Quá trình anot
Tách hydro : RH → R+ + H- (P4) Oxi hoá : R+ + OH- → ROH + e (P5) Kết hợp : H+ + H+ → H2 (P6) Oxi hoá : H+ + OH- → H2O + e (P7)
Quá trình catot
Kết tủa kim loại : Mn+ + ne → M (P8)
Luận văn thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Huyền
35
Trong đó: RH là chất khử, chúng hấp phụ lên bề mặt kim loại mạ, phân ly thành gốc R và nguyên tử hydro theo phản ứng (P4), e là điện tử cần thiết để khử
ion kim loại thành kim loại, được R ở (P5) và H ở (P7) cung cấp, H2 - khắ hydro thoát ra do các nguyên tử hydro hấp phụ kết hợp lại ở (P6) và do phản ứng (P9). Sản phẩm của chất khử sau phản ứng (như P từ hypophotphit, B từ dimetylamin
boranẦ) tham gia vào thành phần lớp mạ.