Chương 3 CƠ SỞ Lí THUYẾT VỀ MẠ ðIỆN
3.2.3.Xỏc ủị nh thời gian mạ
a) ðịnh luật Pharaủõy
ðịnh luật Pharaủõy phỏt biểu như sau: “Lượng chất thoỏt ra ở ủiện cực tỷ lệ thuận với khối lượng mol nguyờn tử hoặc khối lượng mol phõn tử của chất thoỏt ra ở ủiện cực, với lượng ủiện ủi qua dung dịch (tức cường ủộ và thời gian ủiện phõn) và tỷ lệ nghịch với số electron tham gia phản ứng ủiện cực”.
ðịnh luật Pharaủõy ủược viết dưới dạng cụng thức: F n Q F n It M m nmol 0 0 = = = (7) hoặc: m = E.I.t (8)
trong ủú: m – khối lượng chất thoỏt ra ở ủiện cực, g; M – khối lượng mol nguyờn tử hoặc mol phõn tử của chất thoỏt ra ở ủiện cực, g.mol-1; I – cường ủộ dũng ủiện, A; t – thời gian, giờ (h); F – số Pharaủõy (F =
1 2 3 5 4 H+ OH- Fe2+ SO42- - Dũng ủiện Hỡnh 3.2.1. Sơủồủiện phõn trong dung dịch sắt sunfat 1 - bểủiện phõn (bể mạ); 2 - dung dịch ủiện phõn; 3 - cực õm (katụt, chi tiết mạ); 4 -cực dương (anụt) 5 - nguồn ủiện.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ...27
96500C.mol-1 =96500A.s.mol-1=26,8A.giờ.mol-1); n0 – số electron tham gia phản ứng ủiện cực (trong trường hợp ion kim loại Mn+ bị khử thành kim loại M thỡ số n0 bằng húa trị kim loại Mn+ + n0e → M); Q = It là ủiện lượng, C; nmol - số mol chất thoỏt ra ở ủiện cực;
Fn n M E . 0
= - ủương lượng ủiện húa chất thoỏt ra ởủiện cực, g/A.h. b) Xỏc ủịnh khối lượng lớp mạ mTT =mLT.η =m.η =EIt.η(9) trong ủú: = ⋅100%= ⋅100% EIt m m m TT LT TT η ủược gọi là hiệu suất dũng ủiện (%). Hiệu suất dũng ủiện phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong ủú cú mật ủộ dũng ủiện.
c) Xỏc ủịnh thời gian mạ
Trờn thực tế, cụng thức xỏc ủịnh khối lượng lớp mạủược sử dụng ủể xỏc ủịnh chiều dầy lớp mạ h ủạt ủược khi thời gian mạ cho trước là t hay ngược lại xỏc ủịnh thời gian mạ t ủểủạt ủược lớp mạ cú chiều dầy yờu cầu là h.
Với mục ủớch trờn khối lượng lớp mạ ủược xỏc ủịnh bằng tớch của thể tớch lớp mạ V (cm3), trọng lượng riờng của lớp mạ d (g/cm3) và từ cụng thức xỏc ủịnh khối lượng lớp mạ cú (với ủiều kiện lớp mạủều): η η η k k TT ED hd t d t ED d S EIt d S m h 10. 10. . . 10 . . 10 = ⇒ = = = (10)
trong ủú: t – thời gian mạ ủể ủạt ủược lớp mạ cú chiều dầy là h ; h – chiều dầy lớp mạ, mm; S- diện tớch cần mạ, dm2; Dk=I/S– mật ủộ dũng ủiện katụt, A/dm2 (ngoài ra cũn cú Da – mật ủộ dũng ủiện anụt
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ...28 Hỡnh 3.2.2. Sơủồ cõn bằng ủiện cực - ion Mn+; - electron (e); - nguyờn tử M. 3.2.4. ðiện thế (thếủiện cực) của kim loại, sự phõn cực a) ðiện thế của kim loại
Khi nhỳng thanh kim loại M vào dung dịch muối của nú (vớ dụ MCln – hỡnh 3.2.2, trờn hỡnh khụng vẽ anion Cl-) cú thể xảy ra ba quỏ trỡnh:
- Ion Mn+ chạm vào thanh kim loại trở
thành kim loại M: Mn+ + ne → Me ; - Ion Mn+ va chạm vào thanh kim loại
nhưng khụng cú sự biến ủổi nào và trở lại dung dịch;
- Nguyờn tử kim loại cho (ủể lại) ne trở thành Mn+ ủi vào dung dịch (kim loại bị hũa tan): Me - ne → Men+. Cỏc ion này sau khi ủi vào dung dịch bị ủiện tớch õm của khi loại giữ lại tạo nờn lớp ủiện tớch kộp
Sau một thời gian ủạt tới trạng thỏi cõn bằng, nghĩa là: M ↔ Mn+ + ne (11) (rắn) (dung dịch)
Như vậy giữa thanh kim loại và dung dịch tạo nờn hiệu ủiện thế. ðối với cỏc kim loại khỏc nhau thỡ hiệu ủiện thế này cũng khỏc nhau.
Người ta khụng ủo ủược giỏ trị tuyết ủối của từng thế ủiện cực mà chỉ ủo ủược hiệu ủiện thế giữa hai ủiện cực nờn người ta chọn ủiện cực hiủrụ .
ðiện thế ủiện cực của kim loại cú liờn quan tới nhiệt ủộ, ỏp suất, tớnh chất của dung dịch và nồng ủộ ion. ðể tiện so sỏnh người ta ủo ủiện thế ủiện cực ở ủiều kiện tiờu chuẩn (ủktc): nhiệt ủộ 25oC, nồng ủộ ion trong dung dịch là 1g ion/lớt (nếu là chất khớ thỡ ỏp suất bằng 1 atm) và gọi là ủiện thế tiờu
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ...29
chuẩn (ðTTC)(ủiện thế cõn bằng – ký hiệu là ϕcb).
b) Sự phõn cực
Khi nhỳng một thanh kim loại vào trong dung dịch thỡ tạo nờn một ủiện thế nhất ủịnh khi ủạt tới trạng thỏi cõn bằng (như ủó trỡnh bày như trờn). Nhưng khi cú dũng ủiện ủi qua thỡ trạng thỏi cõn bằng bị phỏ hủy.
Khi cú dũng ủiện một chiều (dũng I) ủi vào hai cực kim loại nhỳng vào trong dung dịch thỡ ủiện thế katụt (cực õm) trở nờn õm hơn (ủiện thế khi này
ủược ký hiệu là ϕk), ủiện thế anụt (cực dương ) trở nờn dương hơn (ủiện thế
khi này ủược ký hiệu là ϕa). Sự thay ủổi ủiện thế như vậy gọi là sự phõn cực. Khi ủiện phõn, tốc ủộ di chuyển của ion kim loại trong dung dịch và tốc ủộ phúng ủiện của chỳng khụng kịp thời với tốc ủộ di chuyển của ủiện tử, làm cho bề mặt katụt tớch ủiện õm tăng lờn. Vỡ vậy ủiện thế càng õm. Ở anụt, do sự hũa tan của kim loại, tăng cỏc nồng ủộ ion, tớch lũy ủiện tớch dương càng nhiều, làm cho ủiện thế càng dương.
Sự phõn cực gõy nờn do tốc ủộ di chuyển của ion, gọi là sự phõn cực nồng ủộ. Sự phõn cực nồng ủộ là do sự thay ủổi nồng ủộ ion kim loại ở lớp sỏt anụt và katụt. Ở lớp sỏt anụt nồng ủộ ion kim loại tăng lờn, ở lớp sỏt katụt nồng ủộ ion kim loại giảm ủi. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sự phõn cực do sự phúng ủiện chậm của ion gọi là sự phõn cực ủiện húa. Trong quỏ trỡnh ủiện phõn thường xảy ra ủồng thời hai loại phõn cực nồng ủộ và phõn cực ủiện húa, nhưng tựy trường hợp cụ thể mà nú chiếm tỷ trọng khỏc nhau. Thụng thường khi mật ủộ dũng ủiện nhỏ thỡ phõn cực ủiện húa là cơ bản. Khi mật ủộ dũng ủiện cao thỡ phõn cực nồng ủộ là cơ bản.
Sự phõn cực cú quan hệ mật thiết với mạ và quyết ủịnh: ðược lớp mạ kết tinh mịn; Khả năng phõn bố tốt, lớp mạ phõn bố ủồng ủều; Làm hiủrụ thoỏt ra mạnh, làm giảm hiệu suất dũng ủiện và ủộ bỏm lớp mạ. Khi nghiờm trọng cú thể gõy ra bọt khớ, trúc...; Sự phõn cực anụt làm cho hũa tan khụng
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ...30
bỡnh thường, dung dịch khụng ổn ủịnh.
Ảnh hưởng của sự phõn cực ủến lớp mạ cú mặt lợi cú mặt hại. Trong quỏ trỡnh mạ, cần lợi dụng mặt lợi, khống chế mặt hại.
Giỏ trị ủịnh lượng của sự phõn cực katụt cũn ủược gọi là ủộ phõn cực katụt (quỏ thế katụt – ký hiệu là ϕpc-k ), tức là ủiện thế katụt dịch về phớa õm hơn một lượng ϕpc-k so với cõn bằng:
ϕpc-k = ϕcb-k - ϕk (12)
trong ủú: ϕcb-k - ủiện thế cõn bằng của katụt, V; ϕk – ủiện thế phõn cực của katụt (ủó cú dũng I), V.
Sự phõn cực phụ thuộc vào thành phần dung dịch, mật ủộ dũng ủiện, nhiệt ủộ và sự khuấy trộn.
Núi chung, sự phõn cực của dung dịch nồng ủộ thấp lớn hơn sự phõn cực của dung dịch nồng ủộ cao. Hiện tượng này do trong dung dịch nồng ủộ thấp, số ion của nú rất khú bổ sung vào lớp sỏt katụt. Dung dịch muối phức cú sự phõn cực lớn hơn dung dịch muối ủơn. Khi cho phụ gia vào dung dịch, sẽ cú ảnh hưởng lớn tới sự phõn cực. ða số trường hợp khi cho chất phụ gia vào làm tăng sự phõn cực.
Khi mật ủộ dũng ủiện nõng cao, sự phõn cực cũng tăng lờn. Bởi vỡ khi mật ủộ dũng ủiện cao, tốc ủộ di chuyển của ion và tốc ủộ phúng ủiện của nú cũng khỏc nhau rừ rệt. Quan hệ giữa ủiện thế ủiện cực và mật ủộ dũng ủiện thay ủổi gọi là ủường cong phõn cực.
Nhiệt ủộ của dung dịch tăng lờn, làm tăng sự dịch chuyển của ion, bổ sung rất nhanh số ion ở lớp sỏt katụt và khuyếch tỏn mạnh số ion của anụt hũa tan, do ủú làm giảm sự phõn cực.
Khuấy trộn làm tăng sự khuyếch tỏn của ion, do ủú làm giảm sự phõn cực.
Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nụng nghiệp ...31