CC BY
19
УДК 544.65
Н. Б. Березин, Ж. В. Межевич, Т. Н. Березина,
Ю. В.Новоселова, В. В. Чевела, К. А. Сагдеев
ПОВЕДЕНИЕ СИСТЕМЫ НИКЕЛЬ (II) - ФОСФОРНАЯ КИСЛОТА - ВОДА
Ключевые слова: система никель(11) - фосфорная кислота-вода.
Рассмотрено химическое поведение системы система никель (II) - фосфорная кислота-вода.
Keywords: system nickel (II) - phosphoric acid-water.
The chemical behavior of system nickel (II) - phosphoric acid-water is considered.
Введение
Исследование рассматриваемой системы никель (II) - фосфорная кислота-вода актуально при разработке электролитов для получения никель-фосфорных покрытий, в которых в качестве донора фосфора выступает одна фосфорная кислота.
Существующие способы и электролиты для получения никель-фосфорных покрытий, как известно, обладают рядом недостатков. К ним относятся: небольшая скорость осаждения покрытий при химическом способе их нанесения [1, 2], нестабильность и неэкологичность электролитов [3, 4], неоднородность состава покрытий и их слоистость [5, 6].
Выбор фосфорной кислоты в качестве источника фосфора обусловлен как экологическими и экономическими причинами, так и повышением стабильности работы электролитов.
Результаты и их обсуждение
Методика исследования и обработка экспериментальных данных приведена в работе [7],
На рис.1. представлены зависимости функции Бьеррума от pH для системы никель(11) -фосфорная кислота - вода. При мольном соотношении никель(11): фосфорная кислота, равным 1:1 (рис. 1, кривая 4) не наблюдается никаких отличий от кривой титрования H3PO4 (рис. 1, кривая 1), т.е. комплексные фосфаты никеля(11) практически не образуются; при pH > 4.8 начинает выпадать осадок NiHPO4.
Для кривых, соответствующих мольному соотношению никель(11): фосфорная кислота равным 1:2 (рис. 1, кривые 2,3) наблюдается выпадение осадка при pH 5.5...6.0.
Математическое моделирование показало, что данные отличия возникают из-за образования фосфатного комплекса Ni(HPO4)2 . Его константы устойчивости при различных температурах приведены в таблице 1.
Повышение температуры не приводит к изменению константы устойчивости фосфатного комплекса никеля (табл.) и зависимости функции Бьеррума от pH (рис. 2).
Диаграмма распределения для системы никель (II) - фосфорная кислота - вода представлена
на рис. 3. Рис. 2 - Зависимость функции Бьеррума ( П ) от pH
в системе (моль/л): 0,042 H3PO4 + 0,02 NiSO4. Температура, °С: 1 - 25; 2 - 70
Рис. 1 - Зависимость функции Бьеррума (П ) от рН в системах (моль/л): 1 - 0,019 Н3Р04; 2 - 0,165 Н3Р04 + 0,08 М1Б04; 3 - 0,042 Н3Р04 + 0,02 М1Б04; 4 - 0,021 Н3Р04 + 0,02 М1Б04 . Температура: 25°С
Таблица 1 - Состав и устойчивость фосфатного комплекса никеля (II)
Стехиометрия lgP Комплекс
Ni(II) Н3РО4 H+
1 2 4 -12.97 (25 0С) -13.63 1 (70 0С) Ni(HPO4)22-
4 6 8
pH
Рис. 3 - Диаграмма распределения комплексов в растворе (моль/л): 0,020 NiSO4 + 0,042 H3PO4 (температура -25oC): 1 - H3PO4; 2 - H2PO4'; 3 -HPO42'; 4 - Ni2+; 5 - Ni(HPO4)22-
Результаты работы могут быть использованы при разработке электролитов для получения никель-фосфорных покрытий.
Литература
1. Вячеславов П.М. Электролитическое осаждение сплавов. 5-ое изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленинград. отд-е, 1986. - 112 с.
2. Тагиров С.В., Кубасов В.Л., Захаров В.Б. Механизм процесса химического никелирования и получения износостойких Ni-P - покрытий // Гальванотехника и обработка поверхности. - 1992. - Т.1, № 5-6. -С. 37-40.
3. Дахов В.Н., Цупак Т.Е., Коптева Н.И., Крищенко К.И., Гамбург Ю.Д. Электроосаждение никеля и сплава никель-фосфор из разбавленных ацетатных электролитов // Гальванотехника и обработка поверхности. - 1993. - Т.2, № 3. -С. 30-33.
4. Narayan R., Mungole M.N. Electrodeposition of Ni-P alloy coatings // Surface Technology. - 1985. - V.24, № 3. - р. 233-239.
5. Вахидов Р.С., Старченко А.А. К вопросу о слоистой структуре электролитических осадков // Изв. вузов. Химия и хим.технология. - 1969. - Т.12, № 1. - С. 59-61.
6. Тевтуль Я.Ю., Пахомова Э.П., Марковский Б.И. К вопросу о колебательном характере осаждения никель-фосфорного сплава // Электрохимия. - 1994. - Т. 30, № 2. - С. 272-275.
7. Березин Н.Б., Березина Т.Н., Межевич Ж.В. Носители зарядов в электролитах на основе соединений хрома (III). Система хром (III) - вода. // Вестник Казанского технологического университета. Т. 15, № 19, 2012. с. 5355.
© Н. Б. Березин - д-р хим. наук, проф. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ, berezin@kstu.ru; Ж. В. Межевич - канд. хим. наук, доц. каф. технологии электрохимических производств КНИТУ, mejeYitch@mail.ru, Т. Н. Березина - асп. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КНИТУ; Ю. В. Новоселова -студент каф. технологии электрохимических производств КНИТУ; В. В. Чевела - д-р хим. наук., проф. каф. неорг. химии КФУ, К. А. Сагдеев - канд. хим. наук, ст. препод. каф. общей и органической химии КГМУ.
N. B. Berezin - the Doctor of Chemistry, professor of chair of technology of electrochemical productions of KNRTU, e-mail: berezin@kstu.ru; Zh. V. Mezhevich - Candidate of Chemistry, the associate professor of technology of electrochemical productions of KNRTU, mejevitch@mail.ru, T. N. Berezina - the graduate student of department of analytical chemistry, certification and quality management of KNITU; Yu.V. Novoselova - the student of chair of technology of electrochemical productions of KNRTU; V. V. Chevela - the Doctor of Chemistry., professor of department of neorgeorganichesky chemistry of KFU, K. A. Sagdeev -Candidate of Chemistry, the senior teacher of department of the general and organimchesky chemistry of KGMU.
