Роботи Фарадея. Електроліз
Маріо Льоцці
До електрики, яке
виходить при терті, а також від хімічних і термоелектричних батарей, додавалося
ще електрику, що виникає при електромагнітної індукції. Тому Фарадей вважав
за необхідне втрутитися в усе ще тривали, хоча вже й не такі гарячі, як
на початку століття, суперечки щодо того, чи володіє електрики єдиної природою
незалежно від способу, яким її було отримано. Ми вже згадували про те, що Фарадею вдалося
остаточно усунути всі сумніви, довівши дослідним шляхом ідентичність всіх видів
електрики.
Довівши тотожність
різних видів електрики, Фарадей визнав за необхідне встановити загальну одиницю
вимірювання. З цією метою, вперше застосувавши балістичний гальванометр, він показав,
що батарея з лейденський банок, заряджених певним чином, і вольтів стовп,
працював протягом певного часу, однаково впливали на стрілку
гальванометра і викликали однакові хімічні ефекти. На основі цього він вивів
фундаментальний закон: «Хімічна сила, подібно магнітній силі, прямо пропорційна
абсолютній кількості проходить електрики ».
У ході цих досліджень,
що проводилися ним на початку 1833 р., Фарадей відкрив хімічне розкладання безводних
речовин. Він зауважив, що шматочок льоду, поміщений в ланцюг батареї, перериває струм,
який, після того як крига розтане, знову відновлюється. Щоб упевнитися
в тому, що це явище не пов'язане з особливими властивостями льоду, Фарадей послідовно
провів досліди з хлористим свинцем, хлористим сріблом та хлористим калієм, що представляють
собою при звичайній температурі тверді тіла, не проводять електрики. Він переконався,
що всі ці тіла в розплавленому стані проводять струм і розкладаються ім. Піддавши
аналізу багато складні речовини, Фарадей прийшов до висновку, що провідність цих
речовин пов'язана з хімічним розкладом, відкинувши тим самим думку, що розділялися
всіма дослідниками, ніби наявність води є необхідна умова для електрохімічного
розкладання, а значить, і для конструювання батареї. Фарадей підтвердив свій висновок,
зроблений на основі цих досліджень, побудувавши батареї з рідинами, що не містять воду
(хлорат калію, різні хлористі і йодисті з'єднання і т. п.).
Так Фарадей підійшов
до теорії електрохімічної дисоціації. З причин, які й зараз викладаються
в книгах з фізики, він відмовився від уявлення про те, ніби сили електричного
поля викликають розщеплення молекул, і висунув свою власну теорію, дуже схожу
на теорію Гроттгуса, але набагато більш штучну. Цікаво в цьому дослідженні
його визначення струму. Представляє чи ток рух двох електричних флюїдів в
протилежних напрямках або рух в одному напрямку єдиного флюїда? Сміливо,
перекинувши філософські поняття науки свого часу, Фарадей відкинув усі вистави
про струмі як про флюїди і визначив електричний струм як «... ось сил, в якій сили,
в точності рівні по величині, спрямовані в протилежні сторони ».
Таким чином, найбільший
фізик-експериментатор минулого століття позбавляє поняття електричного струму можливості
його подання у вигляді механічної моделі, а оголошує його чисто математичним.
Хімічне дію
електричного струму в основному досліджується в сьомої серії робіт Фарадея, що з'явилася
в 1834 р. Цей розділ починається з пропозиції встановити нову термінологію для
явищ електрохімічного розкладу. Порадившись з відомим істориком науки
Вільямом Уевеллом (1794-1866), Фарадей запропонував замінити термін «полюс», з яким
пов'язане уявлення про тяжінні, терміном електрод або, більш конкретно, анод
і катод. При виборі цих термінів він керувався не уявленнями про рух
частин молекул, якого теорія Фарадея не визнавала, а напрямом, який повинні
мати передбачувані земні струми, якщо земний магнетизм справді, як він думав,
визначається ними. Далі відповідно вводяться терміни аніон і катіон і більш загальний
термін іон і, нарешті, терміни електроліт для позначення тіла, що піддається
хімічного розкладання, і електроліз для позначення самого явища розкладу.
Зібравши ланцюг, що складається
з головної гілки і двох побічних, як це описується в сучасних підручниках, і
помістивши в кожну гілку вольтаметр, він усунув будь-які сумніви щодо того,
що кількість розкладеного електроліту «... в точності пропорційно кількості
минулого електрики, незважаючи на зміни на тисячі ладів тих обставин
і умов, в які електроліт в даний момент поставлене », так що« продукти розкладання
можуть бути зібрані з такою точністю, що дають чудове it-коштовний засіб для
вимірювання кількості електрики ».
Такі вимірювальні
прилади Фарадей назвав «вольтаелектрометрамі» (згодом цей термін скоротився
в «вольтаметр»). Він описує п'ять, різних конструкцій таких приладів і пропонує
перший практичну одиницю кількості електрики: така кількість електрики,
яке розкладає соту частину кубічного дюйма води.
Проводячи досліди з декількома
послідовно з'єднаними вольтаметрамі, що містять різні розчини, Фарадей
помітив, що при одній і тій же кількості електрики кількість розкладеного
електроліту залежить від природи електроліту, і після численних перевірок; прийшов
до висновку, не завжди, однак, підтверджується на досвіді, що, висловлюючись сучасною
мовою, одне і те ж кількість електрики, звільняє кількість простого речовини,
пропорційний його хімічному еквіваленту.
Величезне значення цих
досліджень Фарадея було відразу ж визнана вченими того часу, свідченням
чого є блискучий розвиток подальших досліджень у цій області.
Що ж до теорії
електролітичної провідності, теорії Гроттгуса, злегка зміненою Фарадеєм, як
ми вже згадували, а потім Вільгельмом Гітторфом (1824-1914), то вона зазнала глибоке
зміна в 1857 р. завдяки роботам Клаузіуса, який знову повернувся до питання,
піднімається ще Фарадеєм: сили електричного поля не можуть бути причиною поділу
іонів в молекулі, бо в цьому випадку процес електролізу починався б тільки тоді,
коли електрорушійна сила, прикладена до електродів, перевершувала б якийсь межа.
Тим часом досвід показує, що процес відбувається завжди, незалежно від електрорушійної
сили. Щоб подолати ці труднощі, Клаузіус, спираючись на кінетичну теорію
(див. гл. 9), припустив, що іони або якась їх частина не пов'язані постійно, а
існують в розчині вже у відокремленому, вільному стані. Однак ця теорія,
хоча нею і користувалися Квінке та Кольрауш, була зустрінута з недовірою і не отримувала
визнання аж до 1887 р., коли Сванте Арреніус (1859-1927) навів численні
докази її, грунтується на явищі осмотичного тиску і на теорії
розведених розчинів Вант-Гоффа. Ці роботи Арреніуса, продовжені потім Оствальдом
і Нернстом, знаменують собою те зближення фізики з хімією, що починаючи з кінця
минулого століття поступово стає все більш тісним.
ПОСТІЙНІ ЕЛЕКТРИЧНІ
ЕЛЕМЕНТИ
«Ваші відкриття в області
електрохімії представляють собою одну із самих великих революцій в хімії і відкривають
еру нових досліджень »- писав Даніель Фарадею в січні 1836 р., повідомляючи йому, що
предметом своїх університетських лекцій вибрав електрохімічні відкриття Фарадея.
У процесі підготовки своїх лекцій Даніель помітив, що на мідній платівці елемента,
залишалася в ланцюзі протягом деякого часу, утворювалися прилип до неї
бульбашки водню. Це спостереження наштовхнуло його на думку, що, можливо, саме це
відкладення водню на мідній платівці і служило причиною зменшення активності
батареї з плином часу. Перевірити це можна було, перешкодивши водню відкладатися
на міді, для чого його слід було залучити в хімічну реакцію. Так після декількох
спроб був створений перший зразок батареї з деполярізатором, опис якої можна
знайти в будь-якому підручнику фізики. Даніель назвав його постійним елементом.
Після цього за аналогією
з елементом Даніеля були побудовані сотні інших різних постійних елементів.
Ми згадаємо тут, не приводячи їх опису, що легко можна знайти в багатьох підручниках,
лише елемент Грове (1839 р.), елемент Бунзена (1841 р.), елемент Лекланше (1867
р.), елемент Кларка (1878 р.), прийнятий за міжнародний еталон електрорушійної
сили, якому Релей у 1884 р. надав Н-подібну форму; елемент Чапський (1861-1907),
запропонований ним у 1884 р. і знову запропонований і реалізований Вестон в 1893 р.
і замінив елемент Кларка як еталон.
Уклала Савельєва
Ф.
Список літератури
Для підготовки даної
роботи були використані матеріали з сайту http://www.portal-slovo.ru/
