Idrogeno e bagni galvanici

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Carat­ter­is­tiche fisiche dell’idrogeno

L’idrogeno è il primo ele­mento chim­ico della tavola peri­od­ica degli ele­menti, ha come sim­bolo H e come numero atom­ico 1. Allo stato ele­mentare esiste sotto forma di mol­e­cola biatom­ica, H2, che a pres­sione atmos­fer­ica e a tem­per­atura ambi­ente (298 K) è un gas incol­ore, inodore, alta­mente infi­amma­bile. Avendo una den­sità pari a 0,0899 kg/​m³ risulta l’elemento più leg­gero di con­seguenza ten­derà a migrare molto velo­ce­mente verso l’alto. Assum­i­amo come LEL il val­ore pari al 5 % in volume.

 

NICHELATURA CHIMICA

Il processo di nichelatura chim­ica è real­iz­zato senza l’utilizzo di cor­rente elet­trica, esso sfrutta l’azione diretta di sostanze ridu­centi sugli ioni nichel da depositare. Durante il processo, gen­er­ano quindi una lim­i­tata quan­tità di idrogeno (se con­frontato con metodi gal­vanici) mis­ce­lato a vapore d’acqua. Il nichel che va a cos­ti­tuire il depos­ito viene introdotto in soluzione sotto forma di suoi sali (cloruro di nichel, NiCl2) per poi pre­cip­itare, in un sec­ondo momento, gra­zie ad una riduzione chim­ica auto cata­lit­ica. L’agente ridu­cente è iden­ti­fi­ca­bile nello ione ipo­fos­fito (H2PO2- ), pre­sente nel bagno come ipo­fos­fito di sodio (NaH2PO2 ). Il mec­ca­n­ismo si può rias­sumere nella seguente reazione complessiva :

H2PO2- + Ni2+ + H2O → Ni + 2H+ + H2PO3-

La ste­chiome­tria indica che ogni n moli di nichel si lib­er­ano 2n moli di idrogeno, questo implica che per ogni grammo di nichel deposi­tato si pro­ducono circa 0,07 grammi di idrogeno H+, val­ore trascur­abile se con­frontato con la por­tata degli impianti aspi­razione nor­mal­mente instal­lati e la quan­tità di Nichel uti­liz­zato. Risulta quindi pos­si­bile sti­mare, durante il processo di val­u­tazione Atex ‚la quan­tità di idrogeno prodotta per ver­i­fi­care l’adeguatezza degli impianti di aspi­razione e clas­si­fi­care le zone.

VASCHE GAL­VANICHE

Nelle vasche, che cos­ti­tu­is­cono il cosid­detto bagno gal­van­ico, con­te­nente una soluzione acida sono immersi due elet­trodi: il catodo è cos­ti­tu­ito dall’oggetto da rico­prire, men­tre l’anodo può essere cos­ti­tu­ito dal met­allo che deve essere deposi­tato, da un altro met­allo inerte o da grafite. A questi due elet­trodi viene imposta una dif­ferenza di poten­ziale con una cor­rente tarata in fun­zione della lavo­razione da eseguire. In tali con­dizioni i cationi del met­allo da depositare si muover­anno verso il catodo (car­i­cato neg­a­ti­va­mente), men­tre gli anioni si muover­anno verso l’anodo (car­i­cato pos­i­ti­va­mente). Ai due elet­trodi si hanno quindi i seguenti fenomeni:

  • acquisto di elet­troni al catodo (riduzione) con pro­duzione di idrogeno poten­zial­mente esplo­sivo;
  • pro­duzione di elet­troni all’anodo (ossi­dazione) con pro­duzione di ossigeno.

L’idrogeno è il primo ele­mento chim­ico della tavola peri­od­ica degli ele­menti, ha come sim­bolo H e come numero atom­ico 1. Allo stato ele­mentare esiste sotto forma di mol­e­cola biatom­ica, H2, che a pres­sione atmos­fer­ica e a tem­per­atura ambi­ente (298 K) è un gas incol­ore, inodore, alta­mente infi­amma­bile. Avendo una den­sità pari a 0,0899 kg/​m³ risulta l’elemento più leg­gero di con­seguenza ten­derà a migrare molto velo­ce­mente verso l’alto. Assum­i­amo come LEL il val­ore pari al 5 % in volume.

For­mazione di idrogeno durante i pro­cessi galvanici

Gen­eral­mente nei bagni gal­vanici il rendi­mento elet­trolitico non supera il 20%: in questo caso la mag­gior parte della cor­rente for­nita (pari all’80%) è con­sumata dallo sviluppo di idrogeno gas­soso, anziché essere uti­liz­zata per la depo­sizione dei met­alli. La reazione di sviluppo di idrogeno gas­soso è:

2H+ + 2e- → H2

L’idrogeno che si sviluppa nel corso del processo ha effetti neg­a­tivi sulla mor­folo­gia dello strato deposi­tato, potendo causare spug­nosità e difetti di super­fi­cie, con con­seguenze neg­a­tive sulle pro­pri­età estetiche, mec­ca­niche e di resistenza alla cor­ro­sione, inoltre l’idrogeno, essendo un gas esplo­sivo deve essere rap­i­da­mente allon­tanato dall’area di lavo­razione e diluito con aria fresca per evitare che rag­giunga il suo lim­ite infe­ri­ore di esplo­siv­ità. Nell’ipotesi di un bagno acido e con­dizioni stan­dard ipo­tiz­zando che tutto l’idrogeno prodotto passi in fase gas e non venga assor­bito dai par­ti­co­lari durante la lavo­razione, ipo­tiz­zando di definire un tempo stan­dard di elet­trolisi pari a 1 ora, ovvero pari a 3600 sec, con­siderando che i para­metri di processo preve­dono che l’intensità della cor­rente elet­trica totale sia 1000 A = 1000 Colulomb/​s il che ci indica che per ogni mole di H2 prodotta si con­sumano 2 Fara­days, ma i Fara­days com­p­lessivi sono pari a:

Fara­days = 52

quindi il numero di moli di H2 prodotte sono:

Moli di H2 = 26

e di con­seguenza la massa di H2 prodotta in un’ora risulta :

Massa di H2 = 52 grammi cor­rispon­dente per esem­pio a 1352 grammi di Cromo

La massa di idrogeno prodotto al sec­ondo risulta:

Massa /​secondo = 1,45 x 10 –6 kg/​s

Prin­ci­pio di protezione

Il prin­ci­pio di pro­tezione si basa sulla diluizione della con­cen­trazione all’interno del sis­tema tramite un’adeguata ven­ti­lazione forzata, facendo così in modo che la con­cen­trazione sia infe­ri­ore a un certo val­ore tenendo anche conto della tem­per­atura all’interno del sis­tema. Con la definizione dell’adeguata ven­ti­lazione l’area all’interno del sis­tema e in area adi­a­cente i camini di sfi­ato pos­sono essere clas­sifi­cate come zone ordi­narie. La val­u­tazione si basa quindi sulla ver­i­fica del rap­porto tra la por­tata di ven­ti­lazione e la pro­duzione di idrogeno.