Книги

Электричество в мире химии

22
18
20
22
24
26
28
30

ПРЕДИСЛОВИЕ

Среди научных идей, оказавших огромное влияние на развитие человеческого общества, на прогресс техники, экономики и культуры, на весь облик нашей цивилизации, немаловажное место занимает идея взаимосвязи электрических и химических явлений.

Высказанная 230 лет назад гениальным М. В. Ломоносовым, воплотившись в открытиях Гальвани и Вольты, она привела к созданию химического источника тока — вольтова столба. Но это было только начало. Прежде чем по-настоящему воплотить в жизнь эту идею, человечество прошло большой путь научных исканий, накапливая и осмысливая массу новых знаний в области физики и химии.

Появление первого химического источника тока стимулировало изучение природы электричества и его действия на различные вещества. Полтора века отделяют нас от того дня, когда Фарадей окончательно сформулировал законы электролиза, после чего ученые многих стран, в том числе и России, начали последовательно проникать в сущность таких сложных явлений, как связь электрического заряда с частицами вещества, понимать, какова истинная роль химических процессов в образовании гальванического тока, в каком состоянии находится в растворе вещество и какие проявляет свойства, как устроен этот удивительный электрический слой, лежащий на границе твердого тела с раствором и влияющий на химические и физические особенности поверхностных явлений. Так шаг за шагом дело шло к формированию электрохимии сначала как раздела химии, а затем и как самостоятельной науки.

Широко шагает химия в промышленное производство, энергетику, транспорт, связь, культуру и быт; ускоряется процесс внедрения в жизнь новых научных идей. Вклад наших химиков в ускорение научно-технического прогресса неоценим. Все более надежными, прочными, износостойкими, экономичными и эстетически привлекательными становятся изделия промышленности. Все более весомый вклад в развитие народного хозяйства вносят электрохимики — ученые и производственники.

Трудами многих ученых, среди которых были и мировые величины, увенчанные высшими премиями, и люди малоизвестные, но талантливые и беззаветно преданные поискам истины, сотни и тысячи инженеров, техников, рабочих, была создана затем и огромная электрохимическая индустрия, плодами которой человек пользуется ежечасно, даже не задумываясь об их происхождении. Это и аккумуляторы в автомобилях, и батарейки в транзисторах, и бессчетное количество металлических покрытий на вещах, к которым мы прикасаемся,— всего перечислить невозможно! Всем этим изделиям и порождающим их технологиям посвящена последняя, восьмая глава книги, в которой дана и история электрохимии как промышленности, и сегодняшний ее день, и завтрашний.

Историзм вообще свойствен книге Г. Я. Воронкова, в которой повествуется, «как было дело» от шумеров до Гальвани и от Гальвани до Фрумкина. Иногда рассказ лаконичен и суховат, иногда, напротив, заблестит в нем живая, яркая подробность, рисующая характер персонажа или глубинную суть проблемы. Так перед нами встают далеко не бесплотные образы того же Гальвани, Ломоносова, Дэви, Фарадея, Якоби, Нернста. Так влечет к себе таинственный двойной электрический слой. Так будит наше воображение старая, но вечно юная мечта об электромобиле и об экологически благоприятных процессах и устройствах... Хочется верить, что, познакомившись с приключениями электричества в мире химии, читатель разделит наш энтузиазм и убежденность в непреходящем значении тех идей, которые легли в основание электрохимии, как для естествознания вообще, так и для интенсивного прогресса науки и техники, являющегося сегодня главной заботой партии и народа.

В. Батраков, профессор, доктор химических наук

Глава 1. РОЖДЕНИЕ ИДЕИ

Находки под Багдадом

С незапамятных времен человек начал осваивать химические процессы. Что такое дубление кожи, окраска тканей, гончарное производство, получение металлов и сплавов из руды, как не химия, обыкновенная практическая химия, совокупность технологических приемов, основанных на превращениях веществ... Другое дело, что осознание закономерностей этих превращений, проникновение в их атомно-молекулярные механизмы пришло много позже.

А электричество? Находило ли оно применение в те далекие времена? Это вопрос посложнее. Конечно, человек знал об электрических скатах и угрях, наблюдал разрушительное действие молнии, видел, как натертый янтарь притягивает лоскутки и даже, возможно, догадывался о родстве всех этих явлений. Но шло ли дело дальше этих догадок?

В III тыс. до н. э. в горных областях Шумера (на территории современного Ирака), по свидетельству археологов, уже добывали медь, а около 1500 г. до н. э. в Малой Азии и на Южном Кавказе умели плавить железо с помощью «жаркого пламени», получаемого при продувке воздуха через горящий древесный уголь. Это была эпоха, когда человек учился добывать металлы и изготовлять из них разнообразные изделия. Кроме меди и железа, в употреблении были свинец, олово, ртуть, золото, серебро. Появились первые электролиты — уксусная и лимонная кислота, сода, поташ, сульфат медщ различные соли, гидроокиси щелочных металлов. Вполне достаточно, чтобы случайным сочетанием двух разнородных металлов, опущенных в раствор электролита, получить химический источник тока.

Лет пятьдесят назад под Багдадом археологи нашли керамический сосуд с остатками железа и меди. Что это? Не гальванический ли элемент? Ведь если залить этот сосуд раствором электролита, будет вырабатываться электрический ток. Но для чего понадобился шумерам гальванический элемент?

Прошло четверть века, и южнее Багдада, на высоком берегу Тигра, археологи раскопали конусообразные керамические сосуды, в которых обнаружились разъединенные медные цилиндры и железные бруски. Опять гальванический элемент? Неподалеку были найдены серебряные украшения, на которых хорошо сохранилась позолота. Так вот для чего! В наше время для нанесения тонкого слоя золота поверх серебра пользуются электролизом — другого способа нет. Но неужели и шумерам был известен электролиз? А почему бы и нет: ведь каким-то образом им удавалось наносить золото на серебро, и если это был не электролиз, то что же? Жаль только, что ни в одном из шумерских текстов нет и намека на то, что в те времена умели получать электрический ток и пользоваться им. Тогда гипотеза, пусть даже и весьма правдоподобная, превратилась бы в доказательство.

Как бы то ни было, ни в эпоху Древней Греции и Древнего Рима, ни в средние века мы не находим никаких свидетельств практического использования электричества. Если и был известен шумерам гальванический элемент, то его секрет погиб вместе с их царством. Между тем химия, где и должно было начаться применение электричества, на месте не стояла. В поисках способа получения золота и серебра из неблагородных металлов алхимики перепробовали все виды воздействия одних веществ на другие и открыли немало полезного. Но до электролиза они не додумались, иначе могли бы получать золото, осаждая его на электроде.

В 1660 г. магдебургский бургомистр Отто фон Герике (1602—1686), человек пытливого ума и прирожденный изобретатель, вспомнив о свойствах янтаря, решил создать электрическую машину. Он отлил из серы шар и укрепил его на оси. Вращая шар и прижимая к нему ладони, можно было получать электричество. Из шара сыпались искры.

Но это была игрушка, не более. Когда же в 1745 г. появился первый конденсатор — лейденская банка, о перспективах практического использования электричества заговорили всерьез. Хотя, по правде говоря, перспективы эти были еще очень и очень туманными. Лейденская банка вошла в моду. В аристократических салонах, в кабинетах ученых, даже в театрах — всюду проводились опыты с лейденской банкой, из которой выскакивали искры. В основном это были физиологические опыты: демонстрировалось действие электрического тока на человека и на жи-6

вотных. Электричеством пытались лечить, говорили, что оно хорошо помогает от головной боли, от невралгии.

Между тем электричеством начинала постепенно инте* ресоваться химия. Одним из первых среди химиков, кто проявил к нему интерес, был, пожалуй, тот, кто и положил начало химии как науке, а именно знаменитый Роберт Бойль (1627—1691). Бойль ввел в химию экспериментальные методы и понятие химического элемента, создал индикаторы для определения кислоты и щелочи в растворах, сделал немало других важных открытий. Изучал он и электризацию тел, подолгу наблюдая за искрами, которые проскакивают между иголкой и натертым шерстью янтарем. Он писал, что они напоминают ему маленькие молнии. Но так и не придумал, что делать с ними. Семнадцатому веку не суждено было проникнуть в тайны электричества или хотя бы начать приобретать власть над ним. Все это досталось восемнадцатому веку, когда благодаря трудам Антуана Лавуазье (1743—1794) и его коллег в других странах была подвергнута новым серьезным преобразованиям химическая наука, а Бенджамин Франклин (1706—1790) потряс весь мир своими опытами с атмосферным электричеством.