Chương 3 CƠ SỞ Lí THUYẾT VỀ MẠ ðIỆN
3.2.7. Cơ chế tạo thành lớp mạ ủiện
a) Quỏ trỡnh hỡnh thành lớp mạ
Sự hỡnh thành lớp mạ ủược trỡnh bày ở mục b (hỡnh 2.5.1) chỉ là khỏi quỏt. Thực ra quỏ trỡnh tạo thành lớp mạ ủiện rất phức tạp, nú xảy ra theo nhiều bước liờn tiếp nhau, bao gồm nhiều giai ủoạn nối tiếp nhau. Vớ dụ, quỏ trỡnh katụt cú thể gồm cỏc bước sau:
- Kation hyủrat húa Mn+.mH2O di chuyển từ dung dịch vào bề mặt katụt;
- Kation mất vỏ hyủrat (mH2O), vào tiếp xỳc trực tiếp với bề mặt katụt (hấp phụ);
- điện tử (e) từ katụt ủiền vào vành ủiện tử húa trị của kation, biến nú thành nguyờn tử kim loại trung hũa (phúng ủiện) ở dạng hấp phụ;
- Cỏc nguyờn tử kim loại trờn hoặc sẽ tạo thành mầm tinh thể mới, hoặc tham gia nuụi lớn mầm tinh thể ủó sinh ra trước ủú. Mầm phỏt triển thành tinh thể. Tinh thể kết thành lớp mạ.
Tốc ủộ chung của quỏ trỡnh katụt nhanh hay chậm là do tốc ủộ chậm nhất của một trong cỏc bước quyết ủịnh. Mọi trở lực của cỏc bước trờn ủều ủược thể hiện ở ủộ phõn cực katụt.
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp .............33 Hỡnh 3.2.3 Sơ ủồ phỏt triển mầm tinh thể 1 - chỗ hoạt ủộng nhất; 2- chỗ hoạt ủộng trung bỡnh; 3 - chỗ kộm hoạt ủộng nhất. b) Hỡnh thành cỏc tinh thể
Cũng như cỏc quỏ trỡnh kết tinh từ dung dịch bóo hũa, từ chất núng chảy...ủộng học quỏ trỡnh hỡnh thành lớp mạ ủiện (ủiện
kết tinh) cũng bị chi phối bới hai yếu tố
chớnh: tốc ủộ tạo mầm tinh thể (hay cỏc trung tõm kết tinh) và tốc ủộ phỏt triển cỏc mầm ấy. Tốc ủộ phỏt triển mầm lớn hơn sẽ cho tinh thể nhỏ mịn, chặt sớt...Tốc ủộ phỏt triển mầm lớn hơn sẽ cho tinh thể thụ, to, xốp. Lớp mạ ủiện cú cấu trỳc tinh thể rất ủiển hỡnh. Khụng phải mọi mầm tinh thể sinh ra ủều ủược phỏt triển thành tinh thể cả. Chỉ cú những mầm cú kớch thước lớn hơn một ngưỡng nào ủú mới cú khả năng phỏt triển thành tinh thể ủược. để sinh ra ủược mầm ủạt hoặc vượt ngưỡng ấy ủũi hỏi phải cú một quỏ thế bổ sung (tức cần cung cấp thờm năng lượng), ủiều ủú cú thể thực hiện ủược nếu trờn bề mặt ủiện cực bị thụ ủộng nhẹ. Khi tinh thể lớn lờn (phỏt triển mầm) chỉ ủũi hỏi một quỏ thế bỡnh thường (khụng cần quỏ thế bổ sung nữa) vỡ bề mặt tinh thể ở trạng thỏi hoạt ủộng. Cỏc tinh thể này thường ủược nuụi lớn ủến cỡ 10-5 ữ 10-3cm. Hỡnh thự của chỳng khụng giống hệt nhau, vỡ trong lỳc phỏt triển mầm chỳng tự chốn ộp lẫn nhau mà biến dạng ủi.
Mầm phỏt triển thành tinh thể diễn ra như sau: giả sử tinh thể cú kiểu ụ mạng như hỡnh 3.2.3. Cỏc kation kim loại phúng ủiện thành nguyờn tử và tham gia vào mạng lưới tinh thể tại chỗ nào cú lợi nhất về năng lượng. đú chớnh là chỗ tập trung nhiều nguyờn tử lỏng giềng nhất, vỡ ở ủú năng lượng dư bề mặt lớn nhất, cỏc mối liờn kết chưa ủược sử dụng là nhiều nhất. Trờn hỡnh 3.2.3: gúc 1 dễ tiếp nhận nguyờn tử mới phúng ủiện vào mạng tinh thể nhất, sau ủú là mặt 2. Cũn mặt 3 khú tiếp nhận nguyờn tử mới hơn cả. Kết quả là
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp .............34
kết tủa lan theo hai chiều thành một mặt mới. Chỉ khi nào trờn mặt 3 xuất hiện một nguyờn tử mới thỡ từ ủú kết tủa lại lan theo hai chiều thành một mặt khỏc (tức lớp ủơn nguyờn tử khỏc). Cứ như thế cỏc mặt mạng kế tiếp nhau xuất hiện và tinh thể ủược lớn lờn. Cũng cú khi trờn mặt 3 xuất hiện nhiều nguyờn tử mới chồng chất vụ trật tự lờn nhau (do cú hấp phụ tạp chất chẳng hạn), từ ủú chỳng sẽ lan ra thành lớp ủa nguyờn tử. Cỏc lớp trờn chỉ phỏt triển trong phạm vi một tinh thể. Cỏc trung tõm khỏc cũng phỏt triển ủồng thời như vậy thành cỏc tinh thể khỏc. Chỳng phỏt triển dần và tiếp giỏp nhau bằng cỏc tinh giới và hợp thành kim loại kết tủa.
Lỳc ủầu, khi tinh thể cũn nhỏ, chỳng cỏch biệt nhau nờn hỡnh dạng của chỳng khỏ chuẩn mực. Cỏc mặt bờn của tinh thể lớn lờn theo từng lớp lan ủến biờn giới của nú. Chiều dầy và tốc ủộ lan của mỗi lớp phụ thuộc vào nồng ủộ ion, chất hoạt ủộng bề mặt, chế ủộ mạ...
Hỡnh 3.2.4. Cỏc giai ủoạn tạo thành lệch xoắn
Trong quỏ trỡnh lớn lờn của tinh thể, hỡnh dạng của nú biến ủổi dần. Cú nhiều nguyờn nhõn, nhưng trước hết phải kể ủến hiện tượng lệch mạng. Do nhiều tỏc ủộng khiến một số nguyờn tử khụng ủược xếp vào vị trớ vốn cú của chỳng mà xếp lệch so với nguyờn tử khỏc làm xuất hiện bậc OA thẳng (hỡnh 3.2.4). Khi tiếp tục lớn lờn, lệch ban ủầu về bờn phải thành lệch múc và cuối cựng là lệch xoắn. Nếu bậc của lệch xoắn ủủ lớn thỡ tinh thể tiếp tục lớn lờn
Trường đại học Nụng nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp .............35
chủ yếu bằng cỏch tiếp nhận trực tiếp cỏc nguyờn tử mới giải phúng vào cỏc bậc ấy, và lệch xoắn cứ tồn tại mói chừng nào tinh thể chưa bị thụ ủộng. Quan sỏt bề mặt mạ thấy mật ủộ lệch rất lớn. Tại cỏc bậc của lệch cũng dễ hấp phụ cỏc nguyờn tử, phõn tử, ion lạ, cỏc chất hoạt ủộng bề mặt vào, làm thay ủổi rất rừ cỏc tớnh chất cơ lý của lớp mạ như tớnh chất quang học, bỏn dẫn, dẫn ủiện, ủộ cứng, ủộ dẻo, ủộ búng...