ОБ ОСОБОМ ГАЛЬВАНИЧЕСКОМ СОСТОЯНИИ ЖЕЛЕЗА
Профессора Шенбейна из Базеля в письме к г. Фарадею; с дальнейшими опытами г. Фарадея по этому же вопросу, сообщенными им в письме к г. Филлипсу1
Михаилу Фарадею, доктору гражданского права, члену Королевского общества, и проч.
Сэр, так как наши континентальные, а особенно немецкие, периодические издания проявляют большую медлительность при публикации научных статей, а я стремлюсь как можно скорее познакомить вас с некоторыми электрохимическими явлениями, недавно наблюденными мною, я беру на себя смелость сообщить их вам письмом. Побуждаемый к этому только научными мотивами, я льщу себя надеждой, что содержание моего письма будет принято вами благосклонно. Те факты, к изложению которых я приступаю, кажутся мне не только новыми, но в то же время и заслуживающими внимания ученых химиков. Les voici.
Если один конец железной проволоки накалить докрасна и после охлаждения опустить в азотную кислоту с удельным весом 1.35, то ни этот конец, ни какая другая часть проволоки не будут подвергаться действию, хотя кислота той же крепости, как хорошо известно, действует довольно сильно на обычное железо. Чтобы посмотреть, как далеко идет влияние оксидированного конца, я взял железную проволоку длиной пятьдесят футов и толщиной пол-линии; нагрев около трех дюймов ее длины, я погрузил ее в кислоту вышеупомянутой крепости, а затем опустил в ту же жидкость. Не произошло никакого действия кислоты на железо. При подобном же опыте, произведенном с цилиндрическим железным стержнем длиной в шестнадцать дюймов и диаметром в четыре линии, получился тот же результат. Границу этого
_______________
1 London and Edinburgh Philosophical Magazine, 1836, IX, стр. 53.
защитного влияния окиси количественно я еще не установил, но что касается влияния нагревания, то я нашел, что выше температуры около 75° кислота действует на железо обычным образом и таким же образом при обычных температурах, если эта кислота содержит воду выше определенного количества, как, например, 1, 10, 100 и 1000 своих объемов. Если погрузить железную проволоку в азотную кислоту с удельным весом 1.5, она становится также безразличной к этой же кислоте с удельным весом 1.35.
Но, пожалуй, самым удивительным из наблюденных мной фактов является то, что любое число железных проволок можно сделать безразличным к азотной кислоте следующим образом. Железная проволока, один конец которой был оксидирован, приводится в соприкосновение с обычной железной проволокой; обе затем опускаются в азотную кислоту удельным весом 1.35, но так, чтобы вначале погружался в жидкость окисленный конец одной проволоки и чтобы обе проволоки частью находились выше уровня жидкости. В этих условиях не происходит никакого химического действия на проволоки, потому что вторая проволока, очевидно, является лишь продолжением той, которая снабжена окисленным концом. Но и после того, как проволоки были разведены друг от друга, никакого действия не получалось. Если теперь вторую проволоку, которая стала безразличной, вынуть из кислоты и привести в соприкосновение любую ее часть, которая не была погружена, с третьей проволокой и обе опять ввести в кислоту так, чтобы та часть второй проволоки, которая раньше уже была в жидкости, вошла первой, то ни на ту, ни на другую проволоку не будет происходить действия и во время их соединения и после их разделения. Таким же образом третья проволока может сделать безразличной или пассивной четвертую, и т. д.
Еще один факт, который, насколько я знаю, еще не был наблюден, состоит в следующем. Проволока, сделанная безразличной каким-либо из вышеупомянутых средств, погружается в азотную кислоту с удельным весом 1.35, но так, чтобы значительная часть ее оставалась вне жидкости. Другая обыкновенная проволока тоже опускается в ту же кислоту, и один ее конец тоже должен выступать над уровнем жидкости. На ту часть, которая погружена, будет, конечно, производиться сильное действие. Если концы проволок, которые находятся вне кислоты, привести теперь в соприкосновение, безразличная проволока моментально превратится в активную, какова бы ни была длина не погруженной части проволоки. [Если имеется какой-нибудь пример химического сродства, передаваемого в виде тока через посредство проводящих тел, я полагаю, что только что приведенный факт можно рассматривать как таковой]. Понятное дело, что непосредственный контакт между этими двумя проволоками не является совершенно необходимым условием для того, чтобы передать химическую активность от активной проволоки к пассивной, потому что любой металл, если соединить им концы проволок, сделает то же дело.
Прежде чем перейти к другому предмету, я должен упомянуть об одном факте, который, по-видимому, представляет известную важность. Железная проволока, изогнутая в вилку, касается своей изогнутой частью проволоки, обладающей оксидированным концом. Не прерывая этого контакта, мы вводим их в азотную кислоту с удельным весом 1.35 и 30° так, чтобы первым погрузился в кислоту оксидированный конец; на вилку, конечно, не будет никакого действия. Если теперь погрузить в кислоту обычную железную проволоку и дотронуться ею до одного из концов вилки, то на этот последний моментально начнет действовать кислота; в то же время другой останется пассивным; но, как только мы выведем железную проволоку с оксидированным концом из контакта с изгибом вилки, ее второй конец тоже станет активным. Если дотронуться до частей вилки, поднимающихся над уровнем кислоты, железной проволокой, часть которой погружена и активна в кислоте, никакой передачи химической активности не произойдет, и оба конца вилки останутся пассивными; но если отвести железную проволоку (с оксидированным концом) от сгиба вилки, последняя сделается активной.
Так как все явления, о которых говорилось в предыдущих строках, без сомнения, тем или иным образом зависят от особого электрического состояния проволок, мне было любопытно посмотреть, каким образом азотная кислота будет действовать на железо, если его взять в качестве электрода. Для этой цели я воспользовался той формой батареи, которая зовется couronne de tasses; она состояла из пятнадцати пар цинка и меди. Платиновая проволока была присоединена к так называемому отрицательному полюсу батареи, а железная— к положительному. Свободный конец платиновой проволоки был вначале погружен в азотную кислоту с удельным весом 1.35, и посредством свободного конца железной проволоки контур замыкался. В этих условиях кислота совершенно не действовала на железо, и оно оставалось безразличным к жидкости не только до тех пор, пока ток проходил через цепь, но и после того как оно переставало исполнять роль положительного электрода. Итак, можно считать доказанным, что железная проволока обладала всеми свойствами того, что мы называем пассивным железом. Если такой проволокой коснуться отрицательного электрода, она мгновенно становится активной и происходит образование нитрата железа; безразлично, отключена она от положительного полюса или соединена с ним и какая кислота взята: крепкая или слабая.
Но с пассивным состоянием железа связано еще одно явление, и это явление находится в прямом противоречии со всеми утверждениями, которые до сих пор делались учеными экспериментаторами. Кислород на аноде, происходящий от разложения воды, содержащейся в кислоте, не соединяется с железом, служащим электродом, а выделяется на нем совершенно таким же образом, как если бы это была платина; и он выделяется в таком объеме, что дает отношение 1:2 к количеству водорода, выделяющемуся на катоде. Чтобы получить этот результат, я воспользовался кислотой, содержащей по объему в 20 раз больше воды; впрочем, как я нашел, и кислота, содержащая в 400 раз больше по объему воды, все еще дает то же явление вполне заметным образом. Но я должен повторить, что необходимым условием для того, чтобы вызвать выделение кислорода на железной проволоке, является замыкание контура точно вышеуказанным способом. Ибо если, exempli gratia, замкнуть контур отрицательной платиновой проволокой, ни одного пузырька кислородного газа не появляется на положительном железе; также не происходит на нем выделения кислорода, если контур замыкается погружением в азотную кислоту сначала одного конца железной проволоки и если уже затем другой конец приводится в соединение с положительным полюсом батареи. В обоих случаях образуется нитрат железа даже в кислоте, содержащей в 400 раз больше по объему воды; можно легко наблюдать, как эта соль опускается от железной проволоки в форме нитей буровато-желтого цвета.
Я должен еще указать на замечательный факт, что если во время очень быстрого выделения кислорода на аноде коснуться железной проволокой отрицательного электрода внутри кислоты, выделение кислорода прекращается не только на время соприкосновения проволок, но и после него, когда электроды уже разведены друг от друга. Однако, если несколько секунд подержать проволоку вне кислоты, то этого достаточно, чтобы сообщить ей опять свойство заставлять кислород выделяться на поверхности проволоки. Таким способом проволока приобретает свою выделительную способность вновь, какова бы ни была причина ее потери. Выделение кислорода происходит также в разведенных серной и фосфорной кислотах, однако только в том случае, если контур замкнут вышеописанным способом. Является достойным замечания то обстоятельство, что выделение кислорода на железе в этих последних кислотах останавливается гораздо легче и вызывается вновь гораздо труднее, чем в случае азотной кислоты. В водном растворе едкого кали кислород выделяется на положительном железе, как бы ни замыкался контур; но такого выделения не происходит в водных растворах гидрокислот, хлоридов, бромидов, иодидов и флуоридов. Кислород, получающийся в этих случаях от разложения воды, и анион (хлор, бром и т. д.) другого разлагающегося электролита соединяются тут же с железом.
Общее заключение из этих фактов таково: независимо от способа замыкания контура, кислород всегда выделяется на положительном железе, если только водная жидкость, в которую оно погружено, химически на него не действует (ощутимым образом); никакого выделения кислорода на аноде при контакте с железом не происходит ни при каких обстоятельствах, если кроме кислорода освобождается другой анион, обладающий сильным сродством к железу. Этот металл, если на нем уже выделяется кислород, оказывается всегда безразличным к азотной кислоте определенной крепости, какова бы ни была химическая природа жидкости, в которой явление протекало.
Я проделал ряд опытов над серебром, медью, оловом, свинцом, кадмием, висмутом, цинком, ртутью, но ни одно из них не проявило сходства с железом, ибо все они окислялись, если служили положительным электродом. Не имея в настоящее время в своем распоряжении ни кобальта, ни никеля, я не мог испытать эти магнитные металлы, которые, я сильно подозреваю, будут действовать таким же образом, как действует железо.
Из того, что я только что установил, следует, что аномальное поведение железа не имеет ничего общего со степенью его сродства к кислороду, а должно быть основано на чем-то другом. Ваша зоркость, которая уже проникла во столько тайн природы, легко сорвет завесу, которая пока покрывает это явление, установленное в моем письме, в случае, если вы признаете это достойным объектом для ваших исследований.
Прежде чем закончить, я должен попросить у вас снисхождения к тем многочисленным ошибкам, которые я, наверное, допустил в моем письме. Раньше я был довольно хорошо знаком с вашим родным языком, но теперь, ввиду отсутствия практики письма и разговора на нем, выражаться по-английски составляет для меня довольно трудное дело.
Едва ли необходимо говорить, что вы можете воспользоваться, как вам будет угодно, содержанием этого письма как частным, так и публичным образом.
Остаюсь ваш покорнейший слуга
С. Т. Шенбейн, профессор химии Базельского университета,
Базель,
17 мая
Дорогой Филлипс, прилагаемое письмо профессора Шенбейна, которое я получил неделю или две тому назад, содержит факты, представляющие такой интерес с точки зрения основных начал химического электричества, что, я полагаю, вы с удовольствием опубликуете его в вашем Philosophical Magazine. Я посылаю его вам не измененным, кроме одного-двух слов в разных местах, но, поощряемый тем, что я рассматриваю как разрешение профессора (или скорее просьбу, которой он меня почтил), я добавлю несколько результатов в подтверждение описанных явлений в качестве иллюстрации к выводам, которые можно извлечь из этих фактов.
Влияние окисленной железной
проволоки, передача неактивного состояния от одной проволоки к другой и
разрушение этого состояния, — все это факты, которые я основательно проверил;
но они так хорошо описаны профессором Шенбейном, что
я не прибавлю ни одного слова к тому.
М. Фарадей "Экспериментальные
исследования по электричеству (том 2)"