Загадки электричества
— Товарищи, посудите сами, как же можно говорить о том, что причиной электрического тока в элементе является химическая реакция, когда, во-первых, раствор поваренной соли не вступает не только с железом, но и с цинком в химическое соединение, а во-вторых, цинк всегда амальгамируют (натирают ртутью) именно для того, чтобы он не реагировал на раствор соли, а особенно кислоты. Опустите пластинку цинка в раствор серной кислоты, вы тотчас же заметите, как бурно начнет, выделяться водород, что свидетельствует об энергичном замещении его цинком *. Но проамальгамируйте как следует цинк, и вы не увидите ни одного пузырька водорода, следовательно никакой химической реакции между ним и кислотой не происходит.
Как же, повторяем, можно думать, что ток появляется в результате химической реакции, когда ее всячески стремятся если и не уничтожить, то во всяком случае ослабить?
Первая ошибка, — правда, не столь существенная для поставленного вопроса, заключается в том, что наши товарищи утверждали, будто в случае употребления амальгамированного цинка никакой реакции не происходит. Она, к сожалению, происходит, но очень медленно. То же можно сказать и о растворе соли. Вторая ошибка — цинк амальгамируют вовсе не для того, чтобы вообще ослабить химическую реакцию, а лишь для того, чтобы ослабить бесполезную реакцию, т.-е. такую, которая не увеличивает тока или происходит в то время, когда элемент не работает.
* Происходит следующая реакция замещения:
В нашем чугунном элементе химическая реакция, при его „зарядке“ током, происходит следующая: хлористый натрий разлагается на хлор и натрий.
На аноде получается хлор. На катоде — натрий, который, соединяясь с водой раствора, дает едкий натр и водород.
Таким образом, наш котелок после зарядки оказывается наполненным уже не чистым раствором соли, но и раствором едкого натра. Следовательно, после достаточно длительной „зарядки“, когда мы пользуемся нашим элементом, как источником тока, на железо начинает действовать раствор нехлористого натра, а едкого натра. Выделяющийся при этом водород соединяется с хлором деполяризатора и образует хлористый водород, который, растворяясь в воде, дает соляную кислоту.
Как видите, при работе нашего элемента происходит много и самых разнообразных химических процессов, но все они лишь вторичные, за исключением следующих: при зарядке — разложение хлористого натра на хлор и натрий, и при разрядке — соединение железа со щелочью.
Однако, следует заметить, что современная наука полагает, что при работе гальванических элементов нехимические процессы являются причиной электрических, а, наоборот, электрические— считаются основой химических.
Даже наше наблюдение над амальгамированным цинком как-будто отчасти подтверждает это мнение. Если мы в раствор серной кислоты опустим пластинку амальгамированного цинка, то она получит отрицательный заряд, раствор—положительный заряд, но на этом все электрические процессы и закончатся — движения электричества не произойдет, тока не будет. Но и химической реакции, как уже говорилось, тоже при этом не будет. Однако, стоит лишь цинковую пластинку соединить проволокой с раствором (при помощи, например, медной пластинки), и сильное отделение водорода укажет на начавшуюся химическую реакцию. Мы дали возможность перегруппироваться электрическим зарядам, дали возможность длиться электрическим процессам — и они немедленно вызвали химические. Вполне понятно, что для этого совершенно не нужно брать обязательно медную пластинку и соединять ее проволокой с цинком. Достаточно любым кусочком меди или другого металла, погруженным в раствор, просто коснуться цинка для того, чтобы начались электрические процессы (ток), а за ними и химические.
Может быть, читателю довелось самому добывать водород действием серной кислоты на цинк. Мы в свое время заметили, что чем чище (химически) цинк, тем труднее получить водород. Раствор химически чистой серной кислоты совершенно не действует на чистый цинк. В нашей школьной лаборатории, бывало, при очень чистом цинке водорода выделялось так мало, что невозможно было ставить ни одного опыта. Чего только мы, учащиеся, не придумывали для того, чтобы усилить выделение водорода: брали крепкую кислоту, размельчали кусочки цинка, нагревали раствор и т. д. — и ничто не давало хороших результатов. Как мы были поражены, когда оказалось, что достаточно влить в раствор кислоты немного медного купороса (в растворе) для того, чтобы началась бурная реакция. Медь из медного купороса осаждалась на цинк, и этого было достаточно для того, чтобы между этим медным налетом и кусочком цинка возникли электрические токи.
Обыкновенный продажный цинк вступает в реакцию с серной кислотой потому, что в нем имеются примеси других металлов. Каждая такая частица постороннего металла, касаясь частицы цинка, образует маленький „элемент“. Между ними устанавливается разность потенциалов, появляется ток, в результате которого и начинается химическая реакция.
Следовательно, когда мы пользуемся для элемента неамальгамированным цинком, то очевидно, что указанные выше токи между примесями цинка и происходящая при этом химическая реакция для нас не только бесполезны, но и вредны. Использовать эти местные токи для наших целей мы не можем, а они сопровождаются бесполезной тратой цинка.
Почему же, однако, при амальгамировании прекращаются эти местные токи? Главная примесь в продажном цинке—это железо. Оно не растворяется в ртути, а цинк растворяется. Благодаря этому цинк как бы удаляется от непосредственного соприкосновения с железом, а в то же время железо, покрытое ртутью, изолируется от электролита.
Однако некоторые товарищи не успокоились от наших объяснений и дня через два ошеломили нас поразительным опытом.
— Итак, товарищи, вы старались доказать нам, что не ток происходит от химической реакции, а химическая реакция от тока. Но так или иначе, а вы подчеркнули, что во всяком случае, если есть ток, то должна иметь место и химическая реакция. Без наличия химической реакции ток в элементах невозможен.
Но что бы вы сказали, если бы мы предложили вам элемент с двумя угольными электродами? С вашей точки зрения такой элемент невозможен, так как если мы вместо железа также возьмем уголь, то очевидно никакой химической реакции не может быть, ибо соль не действует на уголь. Однако, как же вы объясните тогда наш опыт?