khimie.ru

По-видимому, электролиз был первым физико-химическим процессом, который нашел применение в химическом анализе. После того как в 1800 г. была создана батарея Вольта (мощный гальванический элемент), английские химики доказали с ее помощью возможность разложения воды под действием постоянного электрического тока. Было установлено, что при электролизе растворов солей на одном электроде выделяется водород или металл, а на другом — образуется кислота. Попытки применения электролиза для проведения химического анализа начались немедленно после открытия этого явления, удивительного для современников. Уже с 1801 г. электролиз начали применять для качественного анализа неорганических веществ. В частности, У. Крукшенк (У. Круйкшанк) использовал электролиз для выделения и опознания меди, серебра и некоторых других металлов; чуть позже Н. Фишер применил электролиз для обнаружения мышьяка. Однако основные достижения в области электролиза связаны с именами Х. Дэви и его великого ученика М. Фарадея.

Хемфри (Гемфри) Дэви был сыном фермера. Еще в юности он открыл физиологическое действие закиси азота («веселящего газа»), выкинул идею химического наркоза, одним из первых начал исследовать влияние минеральных веществ на плодородие почвы. С 1801 г. Дэви стал интенсивно работать в области электролиза. Именно он предложил проводить электролиз расплавленных солей. В этом случае (в отличие от электролиза растворов) процессы электролиза не будут осложнены реакциями с участием воды. Первым важным результатом исследований стало открытие новых элементов — калия и натрия (1807-1808). В последующие годы Х. Дэви и его сотрудники путем электролиза получили, а затем исследовали барий, кальций, стронций, магний, бор. Они доказали, что выделяющийся при электролизе ряда солей хлор является элементом, а не оксидом гипотетического элемента мурия. Х. Дэвине чуждался и прикладных исследований; в частности, им была изобретена безопасная лампа для шахтеров. В результате применения этой лампы взрывы в английских шахтах стали происходить гораздо реже.

Работы Х. Дэви имеют немалую значимость для аналитической химии, хотя он и не разрабатывал частных методик анализа. Х.Дэви открывал новые явления, создавал принципиально новые способы проведения экспериментов. Со временем его открытия превращались в новые аналитические методы и методики, но это делали уже другие люди. Так, занимаясь проблемой электрического сопротивления растворов, Х. Дэви выявил взаимосвязь электропроводности растворов и концентрации растворенных веществ. Позднее эта зависимость была детально исследована Ф. Кольраушем, что позволило разработать метод кондуктометрического анализа. Другим примером может быть электрическая дуга, полученная и изученная Х. Дэви, а в дальнейшем использованная для создания методик атомно-эмиссионного анализа.

Со временем Х. Дэви стал знаменитым ученым, модным лектором, президентом Лондонского королевского общества, играющего в Великобритании роль академии наук. Он вел активную светскую жизнь, получил дворянский титул и богатство. Однако не утратил интереса к химическим исследованиям; даже в свадебное путешествие по Европе Х. Дэви отправился, захватив передвижную лабораторию и молодого лаборанта, исполнявшего одновременно функции слуги. Этим лаборантом был гениальный Майкл Фарадей, которого Дэви неизменно характеризовал как свое «самое большое научное открытие».

Майкл Фарадей был сыном кузнеца, простым рабочим-переплетчиком, успешно занимался самообразованием. Встреча с Х. Дэви в 1812 г. привела к тому, что М. Фарадей стал его помощником и учеником, а затем — порекомендации Х. Дэви — заведующим лабораторией Королевского общества. Первая научная работа и первая публикация М. Фарадея относятся к 1816 г. По поручениям Х. Дэви и других академиков М.Фарадей изготавливал оптические стекла с заданными коэффициента^—ми преломления; получал сжиженные газы, пытался изготовить нержавеющую сталь и т. п. Эти не связанные между собой исследования имели выраженную прикладную направленность. Став в 1824 г. членом Короткого общества и получив научную самостоятельность, М.Фарадей начал систематические исследования фундаментального характера, причем работал одновременно и как физик, и как химик. Важнейшим достижением М. Фарадея как физика было выявление связи электричества и магнетизма. На этой основе были позднее созданы электромотор, динамомашина и трансформатор. Мечтой М. Фарадея было связать электричество и магнетизм с оптическими явлениями. О возможности этого свидетельствовал «эффект Фарадея» — вращение плоскости поляризации света магнитным полем. Развить свои идеи до единой теории электромагнитного поля М. Фарадею помешало лишь недостаточное знание высшей математики; соответствующая теория была позднее создана Дж. К. Максвеллом.

Достижениями М. Фарадея как химика являются установление состава натурального каучука, открытие бензола и бутилена. За много лет до Ф. Габера и К. Боша М. Фарадей разрабатывал способы получения аммиака из азота и водорода, хотя ему и не удалось довести этот процесс до промышленной реализации.

На стыке физики и химии находятся исследования М. Фарадея по электролизу растворов, начатые в 1831 г. В этой области он продвинулся гораздо дальше своего учителя Х. Дэви. М.Фарадей правильно объяснил химические процессы, протекающие при прохождении постоянного тока через раствор. Именно М. Фарадей впервые использовал термины «электролит», «катод», «анод»», «катион» и «анион». Правда, он считал, что катионы и анионы до начала электролиза не существуют и образуются лишь под действием тока, проходящего через раствор. Но эта ошибка не помешала М. Фарадею установить количественные закономерности электролиза. Более того, он вплотную подошел к созданию общей теории окислительно-восстановительных реакций. М. Фарадей разработал теоретические основы целого ряда инструментальных методов: кулонометрии, электрогравиметрии, поляриметрии, рефрактометрии. Сами же эти методы как совокупности методик анализа разных объектов были развиты гораздо позднее. Так, еще в молодости М. Фарадей установил (независимо от французского Ученого Ж. Био), что плоскость поляризации света меняется при прохождении света через некоторые среды, например через растворы оптически активных веществ. Угол поворота плоскости поляризации оказался связанным с концентрацией раствора. Это явление в дальнейшем легло в основу поляриметрического метода. Однако методики поляриметрического определения концентрации растворов оптически активных веществ (например, сахарозы) были разработаны лишь после смерти великого ученого, а их внедрение в практику относится к 50-м гг. XX в. А вот закономерности процесса электролиза, установленные М. Фарадеем в 1834 г., нашли практическое применение в химическом анализе еще при его жизни. В частности, они стали теоретическим обоснованием метода электрогравиметрии.