khimie.ru

Фарадей (1791−1867), английский ученый, сын бедного лондонского кузнеца. Недолго посещал школу, в возрасте 14 лет, поступив учеником к переплетчику, пристрастился к чтению книг, которые переплетал. Под влиянием публичных лекций X. Дэви (1778−1829) Фарадей решил посвятить себя науке. Написал Дэви письмо с просьбой о содействии (приложил к письму тщательно составленные и аккуратно переплетенные записи его лекций). Не без колебаний Дэви предложил ему место лабораторного служителя. (Позднее на вопрос, какое самое значительное его научное открытие, Дэви отвечал: «Майкл Фарадей».) В качестве ассистента и служителя Дэви Фарадей два года (1813−1815) путешествовал по «научной» Европе (лаборатории Франции и Италии), где перезнакомился со всеми выдающимися учеными того времени. С 1815 года начинается напряженная научная работа Фарадея в Королевском институте (Лондон). Главная идея исследований Фарадея была записана в его лабораторном дневнике: «Превратить магнетизм в электричество». От этих работ ведут свою родословную все генераторы, электромоторы и трансформаторы − практически вся современная электротехника. В 1824 году Фарадея избрали членом Королевского общества, несмотря на явное противодействие его президента − всемогущего Дэви. В 1825 году Фарадей стал директором лаборатории в лондонском Королевском институте, сменив на этом посту Дэви. Та одержимость, с которой Фарадей отдавался научной работе, не могла не отразиться на его здоровье, и он дважды по болезни прекращал научные занятия, а в 1860 году совсем оставил их. Имя этого ученого увековечено во многих терминах и понятиях физики: фарада, фарадей, Фарадея число, цилиндр Фарадея и т. д. Русский физик А. Г. Столетов писал: «Никогда со времен Галилея свет не видал стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы».

Без технической электрохимии просто невозможно представить себе нашу жизнь. Самое крупное из электрохимических производств − производство хлора: мировая промышленность ежегодно выпускает свыше 25 миллионов тонн этого продукта.

Электрохимическим путем получаются и многие металлы: медь, цинк, магний, свинец, бериллий и, наконец, самый из них распространенный − алюминий. Этот легкий, с сероватым блеском металл проник даже на кухни (в виде кастрюль я мисок) и стал опорой индустриального общества. Сегодня в ряду металлов, служащих человеку, он уступает только чугуну и стали.

Разгадка столь явного успеха алюминия в его универсальности.

Покрытая тончайшим слоем алюминия синтетическая ткань надежно защищает туриста от холода на ночевке. Нанесите несколько десятков граммов алюминия на асбестовый костюм − жар огня не будет страшен пожарному. Смешайте порошкообразный алюминий с подходящим бесцветным лаком − получите стойкую краску.

В наряд из волшебного металла облачают грузовики, вагоны, дома, небоскребы. Все больше алюминиевых судов − от траулеров до прогулочных катеров − бороздят реки, озера и моря. Паутина алюминиевых проводов несет электричество во все уголки нашей планеты.

I Век каменный, бронзовый, железный… Наше время многие называют «алюминиевым веком». А подарили человеку этот чудо-металл электрохимики. Именно они указали способ его получения.

Зачерпните горсть земли − скорее всего в вашей руке окажется изрядная толика алюминия: ведь он составляет двенадцатую часть земной коры. Только вот беда: в отличие, скажем, от золота, меди, железа, в свободном состоянии в виде самородков алюминий в природе почти не встречается. Существует, как правило, лишь в соединениях с другими элементами. Чаще всего с кислородом, образуя очень твердые кристаллы − окись алюминия. Окрашенная окислами других металлов, она составляет основу таких драгоценных камней, как рубин и сапфир.

Как получить чистый алюминий? Попытки извлечь этот «глинометалл» делал еще X. Дэви. Он-то и назвал его алюминием.

Нужен был достаточно дешевый способ получения алюминия, чтобы он перестал быть металлом полудрагоценным. Добиться этого помог электролиз. Электрохимический процесс, законы которого в 1834 году, сблизив химию и электричество, открыл Майкл Фарадей.

Фарадей был физиком, химиком, физикохимиком, интересовался биологией-словом, Фарадей был Фарадеем. Но кроме того, он был еще и одним из корифеев электрохимии. Открытые Фарадеем законы электролиза изучает сейчас каждый школьник. Это Фарадей, оказывается, придумал все названия, которые мы произносим, говоря о любом из электрохимических процессов: электрод, анод, катод, электролит, ионы…

Суть электролиза крайне проста. Электрическое ноле разгоняет находящиеся в растворе (обычно водном) ионы в разные стороны: плюсы (катионы) в одну, минусы (анионы) в другую. Так разные компоненты до того единого вещества откладываются на противоположных, погруженных в электролизную ванну электродах. Так удается извлечь из расплава и чистый  алюминий.

Наступлением «века алюминия» человечество обязано электрохимии − именно ею был найден дешевый способ получения этого металла. Многие годы неотступно думал о таком способе американец Чарлз Холл.

Сын священника Холл работал в сарае, за приходским домиком. Его лабораторное оборудование состояло из сковороды, подержанной бензиновой печи да самодельных тиглей.

Ставку он делал (как когда-то и Дэви) на электролиз.

И в 1886 году Холл наконец получил «серебро из глины». Поразительно, во Франции одновременно успех сопутствовал − тоже 22-летнему! − Полю Эру; и действовал он тем же методом; добавим для «неправдоподобия», что оба изобретателя и скончались-то почти в одно и то же время: в 1914 году.

И началось победное шествие алюминия.

Вскоре место примитивных тиглей и батарей заняли большие электролитические ванны (электролизеры), с растворенным в расплавленном криолите глиноземом (Аl₂О₃), где мощный электрический ток разлагал глинозем на составные части.

В 1977 году установки такого типа во всем мире дали 14,5 миллиона тонн алюминия.

По счастливой случайности, развитие электроэнергетики шло параллельно с развитием производства алюминия. Тут «крылатому металлу» сильно повезло.

Да иначе и быть не могло! Любой вид электролиза требует немалой электроэнергии. Силу электрохимической промышленности придает электровооруженность той или иной страны, дешевизна электричества.

Сила и слабость.

Производство того же алюминия − одно из самых энергоемких: чтобы получить тонну первичного алюминия, нужно затратить около 16 тысяч киловатт-часов электроэнергии. Этим и объясняется медленное увеличение производства столь удобного и привлекательного материала.

Получается своеобразное иждивенчество. Успех электрохимической промышленности зависит от успехов электроэнергетики. Если бы завтра управляемый ядерный синтез обеспечил человечеству море практически бесплатной (как надеются многие) энергии, то наверняка наступил бы золотой век и электрохимии, и ее производства. Если бы!..

Но тут есть одно обнадеживающее обстоятельство. Вспомним про топливные элементы. Вспомним, что электрохимические устройства могут быть не только потребителями энергии; они ведь способны также и производить ее.

Так нужда в крупной электрохимической энергетике не батарейки для карманных фонариков) вновь и настойчиво ставится на повестку дня.