CC BY
9УДК 423.327.7
Балакай В.И.
докт. техн. наук, проф., декан технологического факультета Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ)
имени М.И. Платова (Россия, г. Новочеркасск)
Гривенко А.В.
магистр 1 курса технологического факультета Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ)
имени М.И. Платова (Россия, г. Новочеркасск)
Мудрый Я.А.
магистр 1 курса технологического факультета Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ)
имени М.И. Платова (Россия, г. Новочеркасск)
ПАРЦИАЛЬНЫЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОВОССТАНОВЛЕНИЯ НИКЕЛЯ И ВОДОРОДА
Исследована закономерность выделения водорода в хлоридном электролите никелирования. Получены парциальные поляризационные выделения водорода. Показано, что в рабочем диапазоне катодного осаждения никеля выделение водорода протекает примерно на предельном значении плотности тока.
Ключевые слова: никель, водород, парциальные зависимости, электровосстановление
Для случая выделения водорода на никеле перенапряжение зависит от величины рН из хлоридного электролита состава, г/л: хлорид никеля 300, сульфат никеля 10, борная кислота 35, хлорамин Б 2, кубовые остатки 1,4-бутидиола (КОБ) 0,5 [1, 2]. Характер этой зависимости не удалось объяснить ни замедленностью разряда, ни замедленностью рекомбинации. На большую вероятность замедленной рекомбинации указывают величины коэффициентов разделения изотопов, а также отмеченная для никеля тенденция к появлению предельного тока недиффузионного происхождения [3].
Выявление природы, механизма и кинетики катодного выделения водорода еще больше усложняется: предельный ток по водороду появляется только в присутствии в электролите КОБ, величина его возрастает как с увеличением концентрации добавки, так и с возрастанием активности ионов водорода. И самое большое влияние на величину предельного тока оказывает температура. Например, с возрастанием температуры электролита при рН 1,0 от 21 до 60 оС величина предельного тока увеличивается от 6 до 35 А/дм2, что составляет более 2,1 % на градус. Это служит доказательством кинетической природы этого предельного тока.
Известно, что для кинетических предельных токов температурный коэффициент, как правило, больше 1,19 % на градус [3, 4].
Зависимость предельного тока от температуры говорит о том, что наблюдаемый предельный ток является объёмным каталитическим током выделения водорода на никеле или смешанным объёмно-поверхностным током. Каталитические поверхностные токи обычно почти не изменяются при изменении температуры. Непременным условием появления каталитической активности органических веществ, в присутствии которых выделяется водород, является возможность их существования в двух формах - кислотной ВН+ и основной В, находящихся в протолитическом равновесии.
В + ДН+ ^ ВН+ + Д, где ДН+ - находящиеся в растворе кислоты доноры протонов; Д - сопряженные с ними основания [3].
Как уже говорилось выше, компоненты, входящие в добавку, могут существовать в протонированной и непротонированной формах. В изучаемом
растворе активность ионов водорода более 0,1 моль/л. Следовательно, протолитическое равновесие сдвинуто в сторону непротонированной формы компонентов добавки (1,4-бутиндиол и пропаргиловый спирт). Если протолитическое равновесие в растворе сдвинуто в сторону электрохимически неактивной формы В, то кривая зависимости предельного каталитического тока от концентрации катализатора с повышением концентрации стремится к пределу.
Для выявления механизма выделения водорода были исследованы приведены потенциостатические парциальные поляризационные характеристики процессов восстановления никеля и водорода из электролита при температуре 21 и 60 оС (рис. 1 и 2) соответственно. Выбрано значение рН электролита никелирования, равное 1,0, так как только при этом рН визуально наблюдается выделение водорода.
Рис. 1. Потенциостатические кривые процесса выделения никеля из электролита основного состава при рН 1,0 и температуре 21 оС: 1, 2 - расчётная и
потенциостатическая экспериментальная суммарные зависимости выделения никеля и водорода соответственно; 3 и 4 - парциальные зависимости выделения
водорода и никеля соответственно.
При самых низких плотностях тока в данном растворе скорости восстановления никеля и водорода соизмеримы, но уже при потенциале - 0,6 В (этому потенциалу соответствует плотность тока 2,5 А/дм2) скорость выделения никеля начинает преобладать. При потенциале - 0,75 В скорость выделения водорода на никеле выходит на предельное значение, которое по величине совпадает с предельной плотностью тока и при дальнейшем сдвиге потенциала в
отрицательную сторону уже не меняется. Возникает вопрос, можно ли считать этот предельный ток для раствора с активностью ионов водорода 0,1 моль/л предельным диффузионным током выделения водорода.
Рис. 2. Потенциостатические кривые процесса выделения никеля из электролита основного состава при рН 1,0 и температуре 60 оС: 1, 2 - расчётная и потенциостатическая экспериментальная суммарные зависимости выделения никеля и водорода соответственно; 3 и 4 - парциальные зависимости выделения водорода и никеля соответственно.
Список литературы:
1. Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А. Теоретическая электрохимия.
- Л.: Химия, 1981. - 423 с.
2. Томашов Н.Д. Теория коррозии и защиты металлов. - М.: АН СССР, 1959.
- 592 с.
3. Майрановский С.Г. Каталитические и кинетические волны в полярографии. - М.: Наука, 1966. - 288 с.
4. Синякова С.И., Глинкина М.И. К вопросу о механизме образования каталитической /кинетической/ волны в растворах, содержащих молибдат-ион и хлорную кислоту // В кн.: Тр. 4 совещания по электрохимии. - М.: АН СССР, 1959.
- С. 201 - 204.
