Механизм реакций химического осаждения
Причины автокатализа и механизм процессов химического осаждения (восстановления) металла тоже еще полностью не раскрыты. Реакция восстановления очень сложная: наряду с выделением металла идет образование водорода, фосфора и других продуктов.
Существует довольно много различных предположений, среди которых можно выделить два направления.
Первое из них опирается на ставшие фундаментальными представления французского химика П. Сабатье о решающей роли промежуточных соединений в процессах катализа. Согласно этому подходу, процессы автокаталитического восстановления металлов протекают на поверхности металла потому, что только на ней из восстановителя отщепляется активный промежуточный продукт, вероятнее всего, соединение водорода, которое и восстанавливает ионы металла. Полагают, что такими соединениями могут быть: водород в адсорбированном состоянии, ионы гидрида, прямо связанные с металлом, более сложные соединения гидридного типа с ионами металла. Можно предположить, что гидриды или соединения гидридного типа окисляются только до водорода. Тогда хорошо объясняется тот факт, что при окислении восстановителя на поверхности металла выделяется водород. В некоторых случаях водород образуется в таком же количестве, как и восстановленный металл, то есть на 1 моль восстановленного металла выделяется 1 моль водорода.
Таким образом, восстановление ионов металла можно выразить уравнением
В упрощенном виде восстановление никеля или другого металла при использовании в качестве восстановителя можно представить в виде следующего ионного уравнения:
Ni2+ + 2Н2РО2- + Н2О = Ni + 2Н2РО3- + 2Н+
Если в качестве восстановителя используется тиосульфат натрия, протекают следующие процессы:
4Pb(NO3)2 + Na2S2O3 + 5H2O = 4Pb + 2NaHSO4 + 8H(NO3)
Другое направление исходит из того очевидного положения, что в электролите на металлическом электроде всегда протекают электрохимические реакции. Окислительно-восстановительный процесс химической металлизации протекает на металлической поверхности электрода путем сопряжения двух или более электрохимических реакций окисления и восстановления на активных центрах, пространственно разделенных.
Движущей силой такого электрохимического процесса является необратимое каталитическое электрохимическое окисление восстановителя (анодный процесс), что создает достаточно отрицательный потенциал для обратимого электрохимического восстановления ионов металла (катодный процесс) – теория электрокатализа. Скорость всего процесса часто определяется скоростью реакции, протекающей на аноде. Теория электрокатализа не исключает возможности участия в процессе химического осаждения металлов и промежуточных продуктов — водорода, гидридов или соединений гидридного типа. Рисунок 5 иллюстрирует протекание реакций химического осаждения по обоим механизмам.
Рисунок 5 – Схематическое изображение химического (1) и электрохимического (2) процессов реакций окисления-восстановления в процессе химической металлизации в растворах
Реакции восстановления осуществляются лучше, если поверхность покрываемого металла активирована следами солей палладия. Для этого изделия предварительно опускают в сильно разбавленный раствор солей палладия.
Восстановление хорошо проходит при определенных значениях рН и в присутствии комплексообразователей.
Таким образом, растворы для получения металлических покрытий должны содержать следующие компоненты:
Соли металлов, из которых образуется покрытие.
Восстановитель.
Комплексообразователи (комплексоны, органические кислоты, например лимонная, винная и т. д.).
4. Буферные добавки, поддерживающие значение рН в определенных пределах.