Майкл Фарадей. Его жизнь и научная деятельность - Яков Абрамов

Указанные работы привели Фарадея к области электрохимии, которою он и занялся с тем большим увлечением, что химия всегда была, как мы знаем, его любимою наукою. И в этой области Фарадей, по своему обыкновению, ставит перед собой коренные вопросы и делает открытия, чрезвычайно расширяющие круг наших знаний и понимание явлений данного рода. Он спросил себя: почему разложение непременно должно сопровождать прохождение тока через жидкость? Ранее Фарадея полагали, что так называемые полюсы, то есть те поверхности, с которых ток входит в жидкость, производят электрическое притяжение на составные части жидкости и их разъединяют, почему одно из составных веществ отлагается на одном полюсе, а другое – на другом (например, кислород и водород при разложении воды). Фарадей на первых же порах своих занятий в области электрохимии увидел ошибочность такого воззрения и опроверг его. Чтобы показать наглядно неверность этого воззрения, Фарадей скомбинировал ряд опытов, при которых полюсы совсем отсутствовали и вещество подвергалось воздействию то одного отрицательного, то одного положительного электричества, получаемого трением, – и, тем не менее, разложение вещества неизбежно являлось под воздействием электричества. Итак, прежнее воззрение оказывалось совершенно несостоятельным: причина разложения, производимого током, заключается не в притяжении полюсов. Но в чем же она? Фарадей пытался ответить на этот вопрос собственной теорией, но она была так неопределенна, что не получила права гражданства в науке. Вопрос остается открытым доселе и, вероятно, будет еще долго открытым, пока не определится наше понимание самой сущности электричества.

Сам Фарадей сознавал неудовлетворительность своих соображений о причине электрохимического разложения и, по-видимому, чувствуя некоторую досаду на неуспех своей попытки открыть тайну одного из чудеснейших явлений, на время оставил свои занятия электрохимией. Результатом этого перерыва явилась работа, посвященная свойству некоторых металлов и других твердых тел содействовать соединению газов. В этой области Фарадей не являлся новатором, так как некоторые относящиеся сюда факты были известны и до него (например, свойства губчатой платины вызывают соединение кислорода с водородом, на чем основано известное “водородное огниво”); но Фарадей значительно увеличил число известных фактов из этой области и первый дал научное объяснение этому явлению.

После этой работы Фарадей снова обращается к электрохимии. Если нельзя объяснить сущность электрохимического разложения, то необходимо, по крайней мере, выяснить законы этого явления – такова задача, которую ставит себе Фарадей на этот раз и блистательно разрешает ее. Прежде всего, Фарадей радикально изменил терминологию электрохимических явлений, сложившуюся под влиянием неправильных воззрений, а потому вводившую в заблуждения. Он заменил название полюсы для концов гальванической пары новым словом электроды, ввиду того, что со словом полюсы связывалось понятие о силе притяжения, которое, как указано выше, совершенно отсутствует при электрохимическом разложении. Затем он назвал положительный электрод анодом, а отрицательный – катодом. Вещество, способное разлагаться электрическим током, Фарадей назвал электролитом, а сам акт разложения – электролизом. Все эти термины вошли в научный язык.

Покончив с терминологией, Фарадей приступил к изучению законов электрохимических явлений. Первый закон, установленный Фарадеем, состоит в том, что количество электрохимического действия не зависит ни от величины электродов, ни от напряженности тока, ни от крепости разлагаемого раствора, а единственно от количества электричества, проходящего в цепи; иначе говоря, количество электричества необходимо пропорционально количеству химического действия. Закон этот выведен Фарадеем из бесчисленного множества опытов, условия которых он разнообразил до бесконечности. Он ставил на пути одного и того же тока ряд сосудов с подкисленной водой, в которые были опущены электроды самой разнообразной формы и величины, – и количество газов, являвшихся результатом разложения воды, оказывалось во всех сосудах одинаковым. Затем он наполнял свою батарею то крепкой кислотой, то слабой, употреблял батарею то из 5 пар, то из 50-ти, – то есть резко изменял напряженность тока, – и оказывалось, что раз ток проходил ряд одинаковых сосудов и действовал на жидкость одно и то же время, количество продуктов разложения оказывалось всегда одно и то же. Далее Фарадей пропускал ток через ряд сосудов, содержавших смесь воды с серной кислотой в разных пропорциях, и опять во всех сосудах оказывалось одинаковое количество газов, явившихся продуктом разложения. На этом-то законе пропорциональности количества химического действия количеству электричества Фарадей построил знаменитый вольтметр — прибор, измеряющий количество динамического электричества по количеству разложенной подкисленной воды.

Второй, еще более важный закон электрохимического действия, установленный Фарадеем, состоит в том, что количество электричества, необходимое для разложения различных веществ, всегда обратно пропорционально атомному весу вещества или, выражаясь иначе, для разложения молекулы (частицы) какого бы то ни было вещества требуется всегда одно и то же количество электричества. Фарадей пришел к этому закону путем следующих опытов. Он растворил хлористое олово и пропустил через него ток; тот же ток проходил через вольтметр с подкисленной водой. Ток разлагал хлористое олово в растворе и воду в вольтметре. Определив количества хлористого олова и воды, разложенных одним и тем же током в одно и то же время, Фарадей нашел, что эти количества относятся друг к другу так же, как атомные веса молекул хлористого олова и воды. Повторив этот опыт с самыми разнообразными веществами, Фарадей всегда находил один и тот же результат, то есть всегда количества разложенных одним током веществ были пропорциональны атомным весам молекул этих веществ (то есть суммам атомных весов элементов, из которых данные вещества состоят). Так, в то время как атомный вес воды 9 (водород = 1 и кислород = 8, а в сумме = 9), а хлористого олова 58, то количества разлагаемых одним и тем же током воды и хлористого олова всегда будут относиться между собою, как 9 и 58. Основываясь на этом законе, можно всегда, измерив количество электричества в данном токе при помощи вольтметра, определить с точностью количество всякого вещества, которое этот ток может разложить в определенное время.