H2SO4與Cr(VI)生成了某種“配合物”,硫酸起配合劑的作用。1998年吳雙成也曾探討鍍鉻機(jī)理,認(rèn)為H2SO4和H2CrO4發(fā)生了如下反應(yīng),生成四元環(huán)結(jié)構(gòu)的硫酸鉻酰。
硫元素比鉻元素的電負(fù)性大,硫酸鉻酰是個(gè)極性分子,鉻?;鶐д姾?,硫酸根帶負(fù)電荷,與CrO4 2-,Cr2O7 2-相比,陰極對(duì)硫酸鉻酰分子的排斥作用減弱了。使得六價(jià)鉻容易接近陰極表面,實(shí)現(xiàn)往電極表面的傳輸。在陰極表面上,鉻?;囊欢酥赶蜿帢O表面,硫酸根的一端指向溶液。H2SO4的作用就是改變六價(jià)鉻的存在狀態(tài),使不易電還原的CrO4 2-,Cr2O7 2-轉(zhuǎn)變?yōu)橐子陔娺€原的硫酸鉻酰。如果鍍鉻液中不存在H2SO4,就不會(huì)有硫酸鉻酰的生成,難以電沉積出鉻來,此時(shí),溶液中的陽(yáng)離子只有 H+,陰極只能將H+還原為H2氣體析出。
當(dāng)然,H2Cr2O7, H2Cr3O10都可與H2SO4反應(yīng),分別生成硫酸鉻酸鉻酰,硫酸二鉻酸鉻酰,它們分別是六元環(huán),八元環(huán),環(huán)的張力比四元環(huán)大,不太穩(wěn)定。四元環(huán)的硫酸鉻酰分子體積小,能更快地遷移到陰極表面,所以優(yōu)先電還原的物質(zhì)應(yīng)是硫酸鉻酰。
陰極反應(yīng)是 2H+ + 2e = H2
CrO2SO4 + 6H+ + 6e = Cr + H2SO4 + 2 H2O
配合物電鍍中,直接在陰極放電的總是配位數(shù)較低的配離子、中性分子、甚至是陽(yáng)離子。原因是配位數(shù)較高的配離子更強(qiáng)烈地受到雙電層電荷的排斥作用,這會(huì)導(dǎo)致配合位數(shù)較低的配離子成為主要的反應(yīng)離子。硫酸鉻酰是表面配合物或活化配合物,屬于低配位數(shù)配合物。而六元環(huán)的硫酸鉻酸鉻酰和八元環(huán)的硫酸二鉻酸鉻酰,屬于高配位數(shù)配合物,Cr2O7 2-、 Cr3O10 2-是溶液中主要存在形成離子。