Глава IX. Немного электрохимии

На предыдущих страницах вам уже не раз приходилось знакомиться с электрохимическими процессами. Если вы сможете раздобыть два-три гальванических элемента Гренэ, то ваше знакомство с химическим действием электрического тока станет более близким.

Для любительских занятий электрохимией элементы Гренэ наиболее удобны, они работают часами, не уменьшая силы тока, и не выделяют вредных для дыхания газов. Их положительным электродом служит кокс, отрицательным - цинк, действующей жидкостью - раствор в теплой воде хромпика (двухромовокислого калия) или, что лучше, двухромовокислого натрия, к которому добавляют серной кислоты. На 100 частей воды 12 ч. хромпика, на 100 куб. см воды 25 куб. см серной кислоты (считая на безводную). Раствор лучше заказать в аптеке, если же готовить самим, то с величайшей осторожностью, вливая кислоту малыми порциями, защитив глаза очками и имея под руками нашатырный спирт и большое количество воды для смывания брызг кислоты.

Элементы соединяются параллельно для увеличения силы тока (цинк одного с цинком другого, кокс одного с коксом другого). Когда элементы не в работе, электроды поднимают выше уровня жидкости.

Разложение воды

В невысокую и широкую банку налейте воды, подкислив ее несколькими каплями серной кислоты, тою же водой наполните две пробирки и, закрыв их пальцем, опустите в сосуд. К концам медных проводов, идущих от электродов вашей гальванической батареи, прикрепите две узенькие полоски мягкого железа - они, с грехом пополам, заменят вам дорогие платиновые электроды. Установив наполненные пробирки над этими электродами (не вынимая их выше уровня воды в сосуде), замкните ток.

Тотчас на электродах появятся крохотные пузырьки газов: они станут отрываться от железных пластинок и всплывать вверх. Вскоре пробирки начнут наполняться газами, причем в той, которая над электродом, соединенным с цинком батареи (на катоде), вдвое скорее. Не дожидаясь, пока она наполнится, снимите ее, держа донышком кверху, выпустите остаток воды и поднесите к пламени спиртовой горелки, как я это вам показал, проделывая опыты с водородом.

Легкий свист. Это и был водород.

Тлеющая лучинка, опущенная в другую пробирку, на момент ярко вспыхивает. В пробирке был кислород.

Вы на опыте убеждаетесь, что вода состоит из двух объемов водорода и одного объема кислорода.

Двухцветная жидкость в одном сосуде

В изогнутую подковой стеклянную трубку налейте раствор глауберовой соли и подкрасьте его подкисленным соком красной капусты. Опустив в колена трубки электроды, изготовленные вами для предыдущего опыта, замкните ток. Вскоре жидкость в том колене, в которое опущен положительный электрод, станет еще краснее, а в другом позеленеет.

Ток разлагает соль с выделением на отрицательном полюсе металлического натрия, тотчас образующего с водой едкую щелочь, а кислотный остаток с водородом воды дает серную кислоту.

В химической промышленности такое разложение солей током применяется самым широким образом.

Рафинировка меди

При выплавке меди из ее руд нельзя получить металл в совершенно чистом виде. В технике же для изготовления проводов и частей динамо-машин и моторов нужна совершенно чистая медь, так как примеси понижают проводимость тока. Поэтому сырую медь растворяют в серной кислоте, превращая в известный вам медный купорос. Из раствора его током вновь выделяют медь, но уже совершенно чистую, не содержащую вредных примесей.

Надо ли проделывать опыт такой рафинировки меди в малом масштабе при помощи наших несложных приборов?

Нет, так как вы уже выращивали подобным путем кристаллы чистой меди, а в дальнейших опытах выделите ее из купороса для практических целей.

Гальваностегия

Не хотите ли отниккелировать какой-нибудь из ваших ключей или другой небольшой железный или стальной предмет?

Смешайте поровну несколько граммов двойной никкелево-аммиачной сернокислой соли и простого сернокислого аммония. Растворите их в двадцатикратном по весу количестве воды. Другими словами, в 100 г воды растворите 5 г первой и столько же второй соли. Испытайте раствор лакмусовой бумажкой.

Что, она покраснела?

Нейтрализуйте раствор, прибавляя по каплям нашатырный спирт, пока индикаторная бумажка чуть-чуть посинеет. Сделайте раствор снова кислым, прибавив несколько капель раствора лимонной кислоты.

К отрицательному электроду тонкой проволочкой прикрепите предварительно декапированный никкелируемый предмет. Декапируют (то-есть обезжиривают) его кипячением в растворе соды, после чего споласкивают горячей водой, но отнюдь не вытирают.

Положительным полюсом гальванической ванны для никкелирования служит никкелевая, а отрицательным - коксовая пластинки. Замкните ток, опустив электроды батареи в жидкость, и после того опустите в ванну никкелируемый предмет. Сближая электроды, ускоряете гальваностегический процесс, но рискуете, что слой никкеля будет не прочно приставать к никкелируемому металлу; удаляя электроды друг от друга, затягиваете никкелирование, но получаете более плотно пристающий к предмету слой.

Серебрить и золотить какие-либо изделия не станем: соли серебра, а тем более золота очень дороги, а главное - ядовиты. Это - соединения синильной кислоты.

Взамен золочения и серебрения я познакомлю вас с другой интересной работой - изготовлением металлических копий рельефных изображений. Снимите с медали или какого-нибудь барельефа оттиск. Для этого заготовьте смесь жженого (безводного) гипса (сернокислого кальция) с половинным по весу количеством воды. Копируемый предмет окружите бортиком из плотной бумаги, смазав маслом как самый предмет, так и бортики изнутри.

Смесь гипса с водой перетрите в фарфоровой ступке в сметаноподобную массу и залейте ею форму. Через несколько минут гипс химически соединится с водою и затвердеет. Через часок осторожно снимите гипсовую отливку с копируемого предмета. Тщательно натрите ту ее часть, на которую должен осесть металл в гальванопластической ванне, мелким порошком графита и оберните вокруг него медную проволоку так, чтобы она касалась где-нибудь графитовой обмазки. Хорошо гипсовый слепок предварительно проварить в парафине, тогда его легче натирать графитом. Проволочку соедините с концом провода батареи от цинкового электрода. Электролитом послужит 20%-й раствор медного купороса. Вторым электродом будет медная пластинка, соединенная с анодом батареи (с коксом). Практика живо научит, какое должно быть расстояние между медной пластинкой и покрываемым осаждаемой медью предметом. Когда слой меди достигнет толщины одного-двух миллиметров, ток выключают, вынимают форму и осторожно отделяют от нее гальванопластическую копию.

Упрощенная гальванопластика

А как же быть тем, кто не сможет достать нужный для омеднения или получения медных копий источник тока? Если нет под рукой элементов Гренэ?

Тогда, как мы это уже видели при опыте выращивания кристаллов меди, можно сочетать гальванопластическую ванну с источником тока, то-есть получать ток в самой ванне.

Поставьте в большую глиняную миску или очень широкую стеклянную банку сосуд из пористой глины. Такие цилиндрические белые сосуды применяются в некоторых элементах и продаются в магазинах электротехнических принадлежностей.

Внутрь этого сосуда опустите свернутый в трубку цинковый лист, с припаянным к нему сверху медным кольцом. Внешний сосуд наполните на две трети его высоты насыщенным раствором медного купороса. Чтобы он оставался все время таким же крепким, насыпьте на дно сосуда купорос в кристаллах. Во внутренний сосуд налейте очень слабой серной кислоты (1 часть кислоты на 30 частей воды) почти до самого верха сосуда.

Подготовив формы, как описано выше, поддерживающие их проволочки закрепите на кольце, припаянном к цинковому цилиндру. Диаметр кольца должен быть несколько больше диаметра внутреннего сосуда, а длина проволок для подвески покрываемых медью предметов или гальванопластических форм - такой, чтобы подвешенные предметы были ниже уровня жидкости в наружном сосуде. Лицевая сторона форм, натертая графитом, обращается к внутреннему сосуду.

Для нейтрализации свободной серной кислоты, диффундирующей в наружный сосуд, в последний время от времени надо присыпать порошок углекислой меди, пока слышно шипение пузырьков углекислого газа, вытесняемого серной кислотой.

В остальном работа ведется, как с элементами.

Металлизация

Обычно электротехники-любители занимаются гальванопластикой, реже гальваностегией, и далеко не все из них знают, что гальванопластическую ванну можно использовать еще и для металлизации.

Металлизация - это покрытие металлическим слоем неметаллических предметов.

Можно, например, покрыть тонким слоем меди, а затем и пониккелировать трупики ящерицы, рака или жука-оленя. Получится впечатление, что они отлиты из металла. При терпении и аккуратности можно таким же способом получить металлизированные кружева, листья, кузнечиков, мотыльков и т. п.

Декапирование в данном случае производится погружением в эфир или гофманские капли (смесь эфира со спиртом). Помните только, что эти жидкости весьма огнеопасны, а пары их вредны. Работайте лучше на чистом воздухе.

Просушив, окуните металлизируемый предмет на момент в расплавленный парафин или воск и, когда тонкий слой его затвердеет, осторожно натрите объект вашей работы тончайшим порошком графита.

Дело не идет. Нежный листик березы или крылья мотылька рвутся при попытках натереть их графитом.

Дело поправимое. Призовем на помощь химию.

Заготовьте растворы ляписа (азотнокислого серебра) и пирогаллола. То и другое достанете у знакомого фотографа-любителя. Погружайте последовательно металлизируемый предмет сначала в раствор ляписа, потом пирогаллола, повторяя эту операцию несколько раз.

От такой обработки бабочка, сережка березы или веточка смородины и т. п. предметы покроются тончайшим черным порошком серебра. Можно, окунув в раствор ляписа, восстановить серебро действием яркого солнечного или электрического света и обойтись без пирогаллола, если его не удастся достать. Не забывайте, что ляпис ядовит, обращайтесь с ним осторожно.

Предмет, покрытый проводящим ток слоем графита или серебра, тоненькой проволочкой укрепите на катоде гальванопластической ванны. Осаждение ведите так, чтобы слой металла не имел крупнокристаллического сложения, подвешивая металлизируемый предмет подальше от анода или стенки внутреннего сосуда упрощенного аппарата для гальванопластики.

Покрытые металлом животные и растения сжигаются прокаливанием, что не влияет на осажденный слой меди.

Никкелирование ведется теми же приемами, как никкелирование любого металлического предмета.

Алюминиевая кастрюля и Днепрострой

Домашние хозяйки недаром предпочитают алюминиевую кухонную посуду всякой другой. Она не имеет эмали, которая легко трескается и отскакивает острыми осколками, могущими поранить пищеварительный тракт, не нуждается в полуде, значительно легче, красивее и дешевле никкелевой.

Да. Алюминий прочно вошел в число технически применимых металлов, и далеко не только посуду из него делают. Он используется в аппаратуре химических производств, его сплавы - в авиастроении и машиностроении вообще, его порошок - в металлургии редких металлов и для "кузницы в кармане" (так называют термит - смесь порошка алюминия с кислородной рудой железа). Подожженная смесь горит, алюминий отнимает кислород от окисла железа, и последнее выплавляется. Применяется термит для заливки мелких раковин в отливках, для сварки треснувшего рельса тут же на пути и пр. Присадка алюминия к стали улучшает ее качества. Потребность промышленности в алюминии растет год от года, и сейчас кажется прямо странным, что так недавно, сравнительно, алюминий применялся только для ювелирных изделий, ценясь наравне с серебром.

Что же сделало алюминий доступным для широкого использования?

Химия или точнее электрохимия.

Выделение металлического алюминия из его природных соединений - производство "энергоемкое", требующее большого расхода электрической энергии.

Трудность получения металлического алюминия из его соединений объясняет тот замечательный факт, что этот самый распространенный в природе металл (его в земной коре в полтора раза больше, чем железа) открыт на тысячи лет позже железа и до сих пор стоит дороже его.

Металлический алюминий впервые был выделен чисто химическим путем в 1827 г. Веллером. Тем самым, который, как вы уже знаете, первым получил синтетически органическое соединение. Получение алюминия лабораторным путем обходилось так дорого, что еще в 1855 г. килограмм алюминия стоил 1200 рублей.

Удешевление алюминия тесно связано с удешевлением электрического тока. Электрохимический метод получения алюминия начал применяться с 1867 г., после изобретения динамомашины. Интересно отметить, что метод этот как в Европе, так и в Америке разработан был очень молодыми конструкторами: 23-летним Геру во Франции и его ровесником Галлем в США.

Электрический ток гидроэлектростанций дешевле получаемого на станциях, работающих на топливе. И тем дешевле, чем станция крупнее.

Отсюда понятна связь между алюминиевой кастрюлей и Днепростроем. Днепровская ГЭС с ее мощностью в 810000 лошадиных сил дает самый дешевый ток. Значительная часть вырабатываемой ею энергии и идет поэтому на питание Днепровского алюминиевого комбината, рассчитанного на продукцию 20000 тонн алюминия ежегодно.

Но нам для нашей бурно растущей промышленности и такого количества мало. Будут вскоре и еще более крупные фабрики алюминия с производительностью в 25 и 50 тысяч тонн.