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电镀基本知识:电镀反应-法拉第定律

放大字体  缩小字体发布日期:2012-05-02  浏览次数:2017

法拉第定律

电镀过程的重要定律是法拉第定律,自1833年发现该定律迄今已170余年。

如上所述,如果电解硫酸铜溶液,则在阴极发生铜的沉积,且沉积的量由电解通过的电量的来决定。

当一种金属发生像这样的电解反应沉积或溶解时,电解涉及的反应物或产物的量与通过的电量成正比。法拉第定律定量地描述了这种关系:

①电解时金属沉积或溶解的量与通过的电量成正比。

②通过相同电量所析出的不同金属的质量,与其电化学摩尔质量成正比。lmol质子的电荷称为法拉第常数,用F表示,

F=NAe=6.023X1023/molXl.60218922X10-19C=96500C/mol

式中,NA为阿佛伽德罗常数;e为质子电荷;C为电量单位库仑。

在我们电镀行业中,习惯用"安培小时(A·h)"表示电量,1F=26.8A·h。

法拉第电解定律可用公式(1-1)来表示。

M=ItM/96500z   (1-1)

式中,M和z分别为被镀金属的摩尔质量和金属离子的价数;m为通过电流I(A)经时间t(s)后析出的金属的质量,9。

式(1-1)也可改写为式(1一la):

m=KIt   (1一la)

式中,K为通过1A·h的电量可沉积出的金属的量,g/(A·h);t为时间,h。

不同金属的K值见表1-2。

表1-2金属电沉积的K值

金属

价态

相对原子质量

密度/(g/cm3)(20℃)

K/[g/(A·h)]

Ag

Au

Au

Cd

Co

Cr

Cu

Cu

Fe

In

Ni

Pb

Pd

Pt

Rh

Sn

Sn

Zn

   +1

   +1

   +3

   +2

   +2

   +6

   +l

   +2

   +2

   +3

   +2

   +2

   +2

   +4

   +3

   +2

   +4

   +2

   107.870

   196.967

   196.967

   112.40

   58.9332

   51.996

   63.54

   63.54

   55,847

   114.82

   58.71

   207.19

   106.40

   195.O9

   102.905

   118.69

   118.69

   65.37

   10.50

   19.29

   19.29

   8.64

   8.83

   6.95

   8.93

   8.93

   7.86

   7.3l

   8.90

   11.34

   11.97

   21.45

   12.44

   7.28

   7.28

   7.13

   4.024

   7.348

   2.4495

   2.097

   1.099

   0.3233

   2.372

   1.186

   1.042

   1.428

   1.095

   3.865

   1.984

   1.819

   1.2797

   2.213

   1.106

   1.219

表中Au、Cu和Sn都有不同的价态,从而有不同的K值。例如,在硫酸铜中电沉积铜时,溶液中的铜是+2价,K=1.1869/(A·h);从氰化物溶液中电沉积时,K=2.3729/(A·h),因此时溶液中铜是+1价。

在电解过程中流经电解池的电量可以由不同的方法得到。为得到最精确的值,就要使用库仑计。库仑计是一个电解效率100%的电解池,使用时与被测电镀槽串联。典型的库仑计是银、铜或碘库仑计。银、铜库仑计通过称量电解沉积的银或铜的量而得到电量,碘库仑计通过滴定电解产生的碘的量来确定电量。铜库仑计使用最广泛。最近,通过电学方法测量电量的多种库仑计已经问世。

(一)铜库仑计

铜库仑计使用的电解质每升含有l50g硫酸铜、50g硫酸和50mL乙醇,两块电解铜板用作阳极,采用已称重的铜板作为阴极,电流密度为20~200A/m2,通二氧化碳气轻微搅拌溶液。图1-2为使用铜库仑计的示意图。

 

图1-2测量电流效率的线路

(二)电流效率

一般来说,电镀时阴极上除所需沉积金属的反应外,常伴随有副反应发生,从而浪费了部分电量。用于沉积金属的电量与总电量的比称为电镀的电流效率,也等于实际沉积金属的量与理论沉积金属量(设无副反应)之比。

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