Электричество в мире химии - Георгий Яковлевич Воронков

так и не удалось: если не было окисления, не было и тока, а наличие тока в столбе сопровождалось химическими изменениями на электродах.

Еще раньше Вольта нашел, что действие различных веществ в столбе далеко не одинаково. По силе действия их можно расположить в ряд, где больший эффект будет соответствовать металлам, наиболее удаленным в ряду друг от друга. Первый «ряд напряжений» выглядел у него так: цинк, олово, свинец, железо, латунь, бронза, медь, платина, золото, серебро, ртуть, графит, древесный уголь. Действительно, все так и получалось, но только если любая пара металлов была разделена влажным проводником. Не обращая внимания на видимые химические изменения на поверхности металлов в столбе, Вольта считал, что при чисто металлическом, «сухом» соприкосновении возбужденные напряжения взаимно уничтожаются.

Быстрое окисление металлов в вольтовом столбе наблюдали и пытались объяснить многие ученые. Окисление цинковых пластинок заметил, например, в 1800 г. Луиджи Бруньятелли из университета в Павии, первый из ученых, кому Вольта показал свой новый прибор. Немного позже об окислении металлов при «мокром» контакте писал другой ученый, Джованни Фабброни. Не лежат ли в основе действия вольтова столба химические процессы? Эта мысль не могла, конечно, не прийти в голову ученым. Но дальше этого предположения дело не шло.

Между тем «ряд напряжений» металлов, установленный Вольтой, был тождествен ряду металлов, расположенных по их сродству к кислороду. Этот ряд еще в 1792 г. составил совсем юный исследователь из Мюнхена Иоганн Риттер (1776—1810). Он установил, что ртуть вытесняется из растворов серебром, серебро — медью, медь — железом, железо — свинцом, свинец — цинком. Научные работы Риттера отвечали на самые сложные вопросы. В одном его опыте было просто доказано существование связи между химическими и электрическими явлениями. В слегка подсоленную воду он опустил цинковую и висмутовую палочки. Никаких заметных изменений с металлами не произошло. Тогда Риттер соединил эти металлы проволочкой. Через некоторое время цинк стал сильно окисляться, и водная окись цинка протянулась к висмуту в виде белого осадка. Риттер писал: «...когда электрическая цепь была разорвана, не было и химических действий».

В 1801 г. Риттер, а немного позже француз Никола Готро (1753—1803) и англичанин Уильям Волластон (1766—1828) предложили химическую теорию электричества. Согласно этой теории источником электродвижущей силы в элементе служит химическое взаимодействие металлов с жидкостью, в которую они погружены. Спор о природе электродвижущей силы вольтова столба между сторонниками химической и контактной теории продолжался до конца XIX в.

Считается, что эксперименты Риттера положили начало научной электрохимии. До этого говорили об «электричестве от соприкосновения» без всякой связи с химическими явлениями. Исходя из наличия такой связи, Риттер открыл «вторичную» электродвижущую силу на электродах, опущенных в воду и подключенных к вольтову столбу. Он заметил, что если в течение некоторого времени пропускать ток через проводники, погруженные в заполненную водой трубку, а затем отключить их от полюсов столба и подсоединить к регистрирующему прибору, то обнаружится электрический ток, протекающий в обратном направлении. Такие «вторичные столбы» не представляли практического интереса до тех пор, пока в 1859 г. Гастон Планте не изобрел хорошо известный многим свинцовый аккумулятор, основанный на этом принципе.

За свою короткую, полную лишений жизнь Риттер провел много исследований и в других областях науки. Независимо от Волластона он открыл ультрафиолетовые 22

Схема электролиза воды.

лучи и до Зеебека — термоэлектричество. Изучал он электрические потенциалы, электрическую проводимость и выдвинул гипотезу о дискретной (прерывистой) структуре электричества.

Риттер был необычайно талантлив и проницателен. К сожалению, работы его отличает путаный и торопливый стиль, и они изобилуют фантастическими гипотезами. Но если читаешь их внимательно и терпеливо, убеждаешься, что этот молодой пылкий исследователь превосходил многих своих современников в способности подвергать сложное явление самому глубокому и систематическому анализу.

Парадокс Никольсона

Весть об изобретении гальванического источника тока стремительно облетела Европу. Столб Вольты стал одним из основных инструментов в лабораториях ученых. При работе с ним обнаруживались поразительные явления. И первым среди них был электролиз воды, открытый английским химиком, инженером и издателем научного журнала Уильямом Никольсоном (1753—1815).

Вместе со своими друзьями, Э. Карлейлем и У. Круйк-шенком, Никольсон соорудил вольтов столб и стал экспериментировать. Столб у них состоял из 17 серебряных монет (полукрон) и 17 цинковых пластинок. Между монетами и пластинками помещались пропитанные соленой водой картонные кружки. К концам столба экспериментаторы подсоединили платиновые проволочки и опустили их в воду. На проволочках стал выделяться газ, который решено было собрать. Проволочки были опущены в две закрытые с одной стороны трубки, наполненные водой и опрокинутые над сосудом, который был тоже наполнен водой.

Оказалось, что у положительного конца цепи выделяется кислород, а у отрицательного — водород. «Вызывало удивление,— писал Никольсон,— что водород выделялся на одном конце, тогда как кислород — на другом, отстоящем от первого почти на два дюйма». Теперь-то никто этому не удивляется и все понимают, что Никольсону просто удалось разложить воду на ее составляющие. Но в своем изумлении Никольсон был не одинок, его чувства разделяли все, кто воспроизводил этот опыт. Выделение составных частей воды на разных полюсах при электролизе было даже названо парадоксом Никольсона. Удивляться, впрочем, было чему: если электричество разлагает воду на ее составные части, то почему продукты реакции выделяются на электродах, подключенных к разным полюсам вольтова столба, а не на одном? Ответа на этот вопрос английские ученые не находили.

Золото Наполеона

О знаменитых людях часто рассказывают, что уже в детстве с ними происходили такие вещи, которые иначе как знаками судьбы не назовешь. Говорили, например, будто маленький Карл Линней переставал плакать, как только ему давали в руки цветок. Такое же «предзнаменование» было в семье, где родился Теодор Гротгус (1785—1822). Друг семьи преподнес новорожденному оригинальный подарок — студенческий билет Лейпцигского университета. Шутка оказалась пророческой: уроженец Лифляндии, Гротгус учился именно в этом университете. Он стал ученым и сделал блестящий вклад в решение вопроса о механизме химического разложения при прохождении электрического тока. К несчастью, его с юношеских лет мучила жестокая болезнь, и, не выдержав мучений, он покончил с собой, едва дожив до 37 лет. Знаменитый физикохимик В. Оствальд сказал, что из Грот-гуса «вышел бы ученый первого ранга, который оставил бы науке не одну гениально придуманную теорию, но целый ряд превосходно сделанных работ».

В 1805 г. в Неаполе была опубликована статья Грот-гуса «Заметка о разложении воды и растворенных в ней тел