第二讲──关于水
1 了解水的重要意义
水是电镀液的主要组分，电镀几乎都是在水溶液中进行的。尽管有非水溶液电镀的报道（如在甘油中镀铝，在二甲基亚砜中镀纳米半导体线，在乙酰胺–尿素–溴化钾熔体中镀半导体纳米合金），但均限于实验室研究，并无工业化应用。溶液由溶质和溶剂组成。电镀液是一种水溶液，即以水为溶剂，溶质则是镀液中其它可溶于水的组分。离开了水就配不出电镀液。
水与电镀的重要工艺条件pH密切相关。不了解水的电离特性就不知道pH的来历，也就无法理解为什么要控制这一重要的工艺条件，也无法理解镀层烧焦这一重要故障的实质。
水的电解现象是不少电镀问题的根源。电解除油为什么比化学除油快且彻底？为什么有阴极、阳极电解除油之分？阴极电流效率为什么有高有低？工件为什么会产生针孔、麻点？为什么阳极面积较小、阳极电流密度过大时阳极会不导电而钝化？ 为什么钢铁件可以采用电解方法使其从无氰碱铜液中 由钝化态转为活化态才有好的结合力？这些问题都与 水的电解现象密切相关。
2 水分子的特性
无机化合物可分为氧化物、酸、碱、盐等几大类。物质由分子组成，分子又由原子组成，原子之间由“键”相连。水实际上是氢的氧化物。氢的氧化物中常见的有 2 种：一种是由 1 个氧原子与 2个氢原子组成的普通水分子H2O，另一种是电镀中常用的双氧水H2O2（又称过氧化氢），由 2个氢原子和 2个氧原子构成。双氧水不稳定，易分解成氧气和水，具有氧化性，电镀中常被用于氧化无机或有机杂质。其最大优点是生成的水是镀液组分，无副作用。
水分子中 3个原子不是排在一条直线上，2个氢氧键之间有104°40′的夹角。由于这一夹角的存在，分子中正负电荷的“重心”不重合：水分子中靠近氧原子的一端带负电性，靠近氢原子的一端带正电性，使水分子成为“极性分子”。电镀书刊中常讲到“电极电位”，水分子的极性正是产生电位的重要原因。
3 水的离子积与 pH
在溶液中，分子能电离成正、负离子的物质称为电解质。几乎百分之百电离的称为强电解质，如镀液中加入的大多数酸、碱、盐类；仅部分电离而还有部分以分子形式存在的称为弱电解质，如硼酸、醋酸；几乎不电离而主要以分子形式存在的称为非电解质，如甘油、三乙醇胺、聚乙二醇等。而作为溶剂的水，本身也是一种弱电解质，只有很少一部分电离为氢离子（带正一价，用 H+表示）和氢氧根离子（带负一价，用 OH–表示）： H O U H+ + OH− 。化学上用“ U ”表示“可逆反应”，即反应既可以向右进行（称为正反应），也可以向左进行（称为逆反应）。
溶液酸碱性对电镀效果影响很大，任何搞电镀的人都必须对pH 的来历及其含义有非常明确的认识。
4 水的电解
既然任何情况下水溶液中都必然存在或多或少的氢离子 H+与氢氧根离子 OH–，那么在通电时带正电荷的氢离子H+也可能在阴极表面获得1个电子而还原（化学上将得到电子、化合价降低的反应称为还原反应）为氢原子（称为活性氢原子，具有很強的还原能 力），化合价由正一价降为零价；2个活性氢原子再结合成1个氢气分子（以气体形式逸出）。用 e–表示电子，则上述还原反应可表示为：
H+ + e– → H , 2H → H2 ↑
（化学反应式中，“↑”表示气体，“↓”表示沉淀） 即 2H+ + 2e– → H2 ↑ (1) 同样，带负电荷的 OH–也可能在阳极上失去1个电子而被氧化（化学上称失去电子、化合价上升的反应为氧化反应），反应式为：OH– – e– → OH , 4OH → 2H2O + O2 ↑ 即 4OH–– 4e–→ 2H2O + O2 ↑ (2)
合并(1)式与(2)式，即为水的电解反应。通电时，在阳极上可能产生氧气，在阴极上可能产生氢气。电解除油的实质就是水的电解反应。
5 水的纯度问题
自然界中现成的水总含有矿物质等杂质。例如，地下水中或多或少地溶有钙、镁等杂质；被污染了的水则杂质更多，更复杂。含钙、镁量大的水称为“硬水”，若用于锌酸盐镀锌，则会影响镀层质量。基本去除了钙、镁杂质的水称为“软水”，其去除过程称为水的“软化处理”。水中的钙、镁杂质经加热或干燥后会生成水垢。锅炉中火管上沉积的过厚水垢不但影响导热性，而且水垢突然开裂时可能引发锅炉爆炸，故锅炉用水应先经软化处理，而且应定期停炉除垢。装饰镀铬、光亮镀银、镀锡件若用硬水清洗后直接烘干，生成的水垢会使工件表面发花，故要求高的产品镀后要用纯水清洗。水中的其它杂质对电镀也多有害处。如含氯离子多的水，用于光亮酸铜镀前清洗，会向酸铜液引入过多的氯离子而引起故障；用于塑料镀前处理的银盐活化或镀锌后的银盐黑钝化配液或其处 理前清洗，氯离子 Cl–会与银离子 Ag+生成难溶的氯化银AgCl 沉淀而使溶液失效报废。经处理后的电镀废水（称为中水）也含有较多盐分与有机杂质。中水只能回用于要求不高的镀前酸洗或化学除油等工序，而不 能回用于镀前清洗。要回用于要求高的镀前清洗，必须经活性炭处理、离子交换处理、反渗透或电渗析的 深度再处理，去除水中有害的有机杂质和多种阴、阳离子杂质后才行。将水加热为蒸汽再冷凝后得到的水，称为蒸馏水，其中杂质相对较少。用现代膜分离技术或离子交换法除去了H+、OH–以外的其它阴、阳离子的水称为去离子水，其电导率越低则纯度越高。
本文来自《电镀与涂饰》2008第27卷第7期。
