3
Исследование процесса никелирования с использованием диаграммы Пурбе
систему как единое целое, выявить границы изменения при электро-
лизе такого важного параметра как рН, прогнозировать возможность
протекания электродных процессов, что в свою очередь поможет систе-
матизировать многочисленный материал по электрохимическому осаж-
дению никеля, представленный в литературе.
Для термодинамического обоснования процессов необходимо
выбрать систему с ограниченным числом компонентов. Поэтому в экс-
перименте мы использовали состав, содержащий сульфат, хлорид ни-
келя и борную кислоту. Этот электролит был предложен Уоттсом еще в
1913 году [2]. Представленные в литературе составы включают именно
эти обязательные компоненты и варьируют в небольших количествах
различные органические и неорганические добавки. Диаграмма должна
учитывать все виды равновесий в системе. Термодинамической системой
будем считать электролизер, содержащий водный раствор солей никеля,
борную кислоту и инертные (выполненные из углерода) электроды.
Основными компонентами системы являются сульфат никеля, хло-
рид никеля, борная кислота и углерод. При осаждении контролирова-
лись рН растворов, температура и катодная плотность тока.
Целью работы было наблюдение осаждения никеля из раствора и
теоретическое обоснование электродных процессов в данных условиях.
Состав исходного электролита.
Для приготовления электролита
были взяты следующие вещества в граммах: NiSO
4
· 7H
2
O – 35;
NiCl
2
· 6Н
2
О – 5; H
3
BO
3
– 3; H
2
O – 100. Электролиз проводился при
рН = 4,8; температуре 50 ± 1°С, силе тока в 1 А при напряжении 15 В.
Плотность тока при этом составила 12,5 А/дм
2
.
Процессы диссоциации сульфата и хлорида никеля протекают пол-
ностью, так что в растворе присутствуют ионы Ni
2+
, SO
4
2–
, Cl
–
. Борная
кислота относится к слабым электролитам [3]. Ее диссоциацию учтем
лишь по первой ступени, тогда в растворе присутствуют ионы и части-
цы — H
+
, H
2
BO
3
–
, H
3
BO
3
. Кроме того, необходимо учесть процессы ги-
дролиза солей никеля, которые протекают со смещением рН среды в
кислотную область и образованием ионов Ni(OH)
+
. Концентрации всех
ионов и частиц приведены в табл. 1.
Таблица 1
Концентрации частиц в растворе электролита
Ион Ni
2+
SO
4
2–
Ni(OH)
+
Cl
–
H
+
H
3
BO
3
H
2
BO
3
–
Н
2
О
С, [моль/л] 1,23 1,05 4,5
·
10
–4
0,35 10
–5
0,39 1,42
·
10
–5
55,02
Рассмотрим катодные процессы. К отрицательно заряженному ка-
тоду, выполненному из углерода, подойдут катионы Ni
2+
, Ni(OH)
+
, H
+
и
диполи воды водородным полюсом. Восстановление перечисленных
ионов протекает по следующим полуреакциям:
