Марио Льоцци
ГАЛЬВАНИЗМ
Весть об изобретении электрической батареи стремительно распространилась, вызывая такой интерес, какого не вызывало, пожалуй, ни одно открытие со времен Ньютона. 17 ноября 1801 г. Вольта из Парижа, куда его пригласил Наполеон, чтобы он повторил свои опыты во Французском институте, пораженный и обрадованный, писал брату: "Я сам... поражаюсь тому, что мои старые и новые открытия так называемого гальванизма, которые являются лишь демонстрацией чистого и простого электричества, получающегося от контакта различных металлов, вызвали столько энтузиазма. Оценивая их беспристрастно, я сам тоже вижу в них все же некоторую ценность: они проливают, новый свет на теорию электричества; открывают новые пути для химических исследований с помощью некоторых частных явлений, вызываемых этими моими электромоторными аппаратами, как-то: разложения воды, окисления металлов и т. п., а также находят применение в медицине... Уже более года все газеты Германии, Франции и Англии полны сообщениями об этом. В Париже же они, можно сказать, вызвали фурор, потому что здесь к ним, как и к прочему, примешивается крик моды".
Однако это не было криком моды. Многочисленные обнаруженные явления были действительно поразительны. Научные изыскания стали проводиться сразу по трем направлениям, взаимно перекрещивающимся и взаимообусловленным: изучение природы этого нового явления, изготовление все более мощных батарей и научение новых явлений.
Уже во времена полемики между Вольтой и Гальвани возникало сомнение в том, что в гальванических опытах появляется флюид особого рода. В 17У6 г. Грен высказал предположение, что это тот же флюид, который проявляется в вольтовых контактных явлениях, и поэтому предложил назвать гальванизмом весь комплекс явлений, связанных с вольтовыми контактными явлениями. Этот неологизм понравился, быстро распространился и был одной из причин, продливших полемику относительно идентичности электричества и гальванизма, потому что всем известно, какой неотразимой силой обладает новое слово, пошедшее в общее употребление.
С появлением батареи Вольты, после того как стали известны получаемые с ее помощью эффекты, и особенно химические, вновь живо разгорелся спор о том, можно ли отождествить это новое явление, связанное с действием батарей, с электрическим флюидом, появляющимся в электростатических машинах. Особенно три факта усиливали сомнение в тождественности этих явлений: в батареях присутствие электричества совсем не проявлялось или же проявлялось очень слабо, значительно слабее, чем в электростатических машинах (например, электрический удар, заряд электрометра и т. п.); некоторые тела, являвшиеся проводниками флюидов от электростатических машин, казались изоляторами по отношению к флюидам от батареи; представлялось, далее, необъяснимым, каким образом флюид от батареи, столь слабый в своих электрических проявлениях, оказывался способным производить химические эффекты: разложение некоторых жидкостей и окисление некоторых металлов, эффекты, которые электричество электростатических машин, "гораздо более сильное и грозное", не способно было производить.
К этим сомнениям Вассалли Эанди прибавлял еще не поддававшееся в то время объяснению различие физиологических реакций на разряды электростатических машин и на ток от батареи: так, некоторые животные оставались лишь несколько оглушенными разрядом лейденской банки или электростатической машины, тогда как ток батареи убивал их.
На все эти возражения Вольта ответил статьей "Sull'identitd del fluldo elettrico col fluido galvanico" ("Об идентичности флюида электрического и флюида гальванического"), прочитанной во Французском институте в присутствии Наполеона (1801 г.). Вольта отмечает, что причины и признаки тождественности обоих флюидов: "... столь очевидны и явны, что было бы упрямством и просто неприличием стремиться все еще отрицать такую тождественность или хотя бы сомневаться в ней".
Далее он показывает, что различия в характере действия этих двух флюидов следует искать в различном "напряжении" электростатических машин и батареи. Эту статью Вольты мы можем рассматривать сегодня как конец полемики, но тогда она все еще продолжалась, потому что у ученых еще не сложилось ясного представления о "напряжении". Но их мнению, эти явления можно было бы считать тождественными лишь тогда, когда с помощью батареи были бы получены те же эффекты, что и при посредстве электростатических машин, и такой же интенсивности. С этой целью были предприняты многочисленные исследования, и такое стимулирующее действие нужно считать положительной стороной полемики.
Из многочисленных опытов, предпринятых с целью разрешить этот спор, упомянем здесь наиболее важные. В 1801 г. Волластону удалось разложить воду с помощью электрических разрядов, подобно тому, как это уже ранее делалось при помощи батареи. В 1804 г. Б. Можону (1784—1849), профессору химии в Генуе, и независимо от него К. Л. Мороццо (1744—1804) в Турине удалось намагнитить стальную иголку с помощью тока от батареи, подобно тому как Беккариа и другие намагничивали иголки разрядами электростатических машин или лейденской банки. Вильгельм Крюкшенк в 1800 г. получил от батареи видимые при свете дня искри, вызывавшие взрывы смесей. В том же году Антуану Франсуа Фуркруа (1755—1809) удалось с помощью батареи раскалить железную спираль; она даже сгорала, если ее помещали в резервуар с чистым кислородом, как в знаменитом опыте Лавуазье. Христиан Пфафф (1773—1852) заметил притяжение, действующее на кованый золотой листочек, помещенный между двумя проводниками, соединенными с полюсами батареи. Этот опыт был с большей точностью повторен Риттером и в 1806 г. навел Томаса Беренса (1775 —1813) на мысль сконструировать свой электрометр, называемый теперь электрометром Боненберга и состоящий из двух одинаковых батарей, соединенных противоположными полюсами с двумя металлическими пластинками, помещенными под стеклянным колпаком, между которыми подвешен тонкий золотой листочек. В 1811 г. Жан Андре Делюк (1727 — 1817) заменил две батареи одной, и, наконец, в 1850 г. Вильгельм Ханкель (1814—1899) придал этому инструменту его нынешний вид.
Именно теории гальванического флюида, отличного от электрического, а вовсе не памяти Гальвани, как пишут некоторые историки, обязаны своим существованием введенные в употребление в первые годы XIX века и дошедшие до наших дней научные термины и вошедшие в живой язык слова, образованные от имени Гальвани, например слово "гальванометр", введенное С. Робертсоном (1763—1837) в 1801 г. для обозначения измерителя интенсивности гальванизма по его химическому действию. Этот термин понравился Амперу, и он с 1820 г. стал прибегать к нему, но уже в нынешнем его значении.
Спор о гальванизме был практически закончен Фарадеем в 1833 г., о чем мы будем говорить в дальнейшем.
ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА
Одним из первых явлений, наблюдавшихся Вольтой в его батарее, особенно в ее чашечном варианте, было разложение солей и окисление металлических пластинок, в частности цинка. Это явление было подтверждено в начале апреля 1800 г. Луиджи Бруньятелли (1761—1818) из Университета в Павии, первым из ученых, кому Вольта показал свой новый прибор. Однако в своем письме к Бэнксу Вольта не упоминает об этих явлениях, быть может потому, что собирался заняться их более обстоятельным изучением. Поэтому Энтони Карлейль (1768—1840) и Уильям Никольсон (1753—1815), которым Бэнкс показал это письмо, прежде чем зачитать его (18 июня 1800 г.) в Королевском обществе, ничего не знали об этих опытах Вольты, когда, собрав батарею, начали свои исследования. Спустя несколько месяцев эти английские ученые открыли явление разложения воды. Они придумали приспособление для сбора отдельно водорода и кислорода, известное и сейчас. В две закрытые с одной стороны трубки, наполненные водой и опрокинутые над сосудом, также наполненным водой, они поместили платиновые концы цепи.
Электрохимические явления, собственно говоря, не были новостью. Еще в 1769 г. Беккариа восстанавливал окислы металлов с помощью электрических разрядов. Повторив некоторые опыты Пристли, у которого не хватило терпения довести их до конца, Кавендиш, использовав искровой разряд в воздухе, получил азотистый ангидрид и азотный ангидрид. С помощью построенной в Гаарлеме грандиозной электростатической машины Ван Марум разложил целый ряд веществ (в 1785 г. и позже), а в 1790 г. Адриан Ван Трооствик (1752—1837), тоже голландец, успешно разложил воду, пропуская через нее многочисленные искры (не менее 600).
Однако все предыдущие эксперименты не получили должной оценки из-за трудности их выполнения и незначительности полученных эффектов. Применение батареи значительно упрощало выполнение этих опытов, а получающиеся при этом эффекты были весьма впечатляющими. Поэтому известие об опытах Карлейля и Никольсона дало толчок многочисленным аналогичным исследованиям. В том же 1800 г. Уильям Генри сообщил о том, что ему удалось разложить аммиак; Вильгельм Крюкшенк за несколько месяцев до смерти успел сконструировать свою "батарею-корыто" и заметить, что в растворах солей металлов, через которые пропускается ток, металл отлагается на том проводнике, на котором при разложении кислотных растворов освобождается водород. Бруньятелли удалось первому осуществить посеребрение, оцинкование и омеднение электродов: "Я часто наблюдал, как с серебряного проводника серебро устремлялось на платину или на золото и прекрасно серебрило их... В других аналогичных опытах я наблюдал, как оцинковывалось и покрывалось медью золото или серебро при пропускании электрического тока, если в одном и том же сосуде находились проводники из золота или серебра вместе с цинком и медью".
Несколько лет спустя ему удалось позолотить две большие серебряные медали, погрузив каждую из них в насыщенный раствор аммиачного золота и подключив их к отрицательному полюсу батареи. Систематические исследования химических эффектов электрического тока провел Хемфри Дэви (1778—1829). Яркий язык и точный отшлифованный стиль его изложения сделали гальванические явления популярными. Дэви доказал, что вода непосредственно не разлагается под действием электрического тока, вызывающего, однако, разложение кислот и солей, растворенных в воде. После долгих и терпеливых попыток в 1807 г. Дэви удалось разложить с помощью тока едкий калий, а немного спустя и едкий натр, получив два новых металла, названных им калием и натрием. Это событие имело широчайший резонанс и важнейшие последствия, отмеченные историей химии. От Дэви ведет свое начало новая ветвь науки — электрохимия, которая на протяжении XIX века постепенно все более отдаляется от физики, чтобы в конце века, как мы это увидим позднее, вновь сблизиться с ней.