Что происходит в растворе при про­хождении электрического тока? Как связано электричество с веществом? Почему при электрохимическом раз­ложении воды водород и кислород выделяются на разных полюсах?

Многие из этих вопросов суждено было решить великому английскому физику и химику Майклу Фарадею. Он прежде всего выяснил, имеет ли электричество, полученное от разных источников, одну и ту же природу. Учёный установил, что электричест­во, возникающее при трении веществ (например, в электрофорной маши­не), а также полученное в гальва­нической батарее, магнитоэлектричество, «животное» электричество (например, от электрического ската), термоэлектричество тождественны по своей природе и различаются лишь количественно — мощностью и напряжением.

Фарадей придумал для новой нау­ки исключительно удачные термины. Согласно Фарадею, процессы элек

трохимического разложения — элек­тролиза — протекают на электродах (от греч. «электрон» и «ходос» — «до­рога», «путь»), В растворе электриче­ство переносится ионами (от греч. «ион» — «идущий»): ионы, несущие положительный заряд (катионы), пе­ремещаются к отрицательно заря­женному электроду — катоду (от греч. «катод» — «путь вниз»), а ионы, несущие отрицательный заряд (ани­оны), направляются к положительно заряженному электроду — аноду (от греч. «анод» — «путь вверх»).

Пользуясь терминологией Фарадея, процесс электролиза расплава пова­ренной соли NaCl можно представить так Находящиеся в расплаве ионы Na⁺ и Сl^- перемещаются, соответственно, к аноду и катоду. На аноде ионы Сl^- от­дают свои электроны и переходят в га­зообразный хлор. На катоде ионы Na⁺ получают электроны и превращаются в металлический натрий.

Основной заслугой Фарадея, обес­смертившей его имя, было установле­ние связи между количеством пропу­щенного электричества и количеством выделившегося вещества. Учёный доказал, что при электролизе воды объёмы образовавшихся газов — водо­рода и кислорода — прямо пропорци­ональны количеству пропущенного электричества и не зависят ни от на­пряжения, ни от расположения элек­тродов в ванне и их размера, ни от состава раствора (если, конечно, раз­лагается вода, а не растворённое в ней вещество). Фарадей отметил, что эта зависимость соблюдается столь стро­го и точно, что по объёму выделивше­гося газа можно судить о количестве пропущенного электричества. Пони­мая, насколько важна обнаруженная им зависимость, Фарадей проверил её универсальность и убедился, что она сохраняется и при выделении галоге­нов. Поэтому свой вывод учёный рас­пространил на все случаи электролиза.



1  — электролиз раствора CuSO₄ с медными электродами. На катоде происходит выделение меди, а материал анода растворяется.

2 — электролиз расплава NaCl. На катоде выделяется натрий, а на аноде — хлор.



Затем Фарадей поставил следую­щий важный вопрос: в каком соотно­шении выделяются разные вещества при пропускании одного и того же количества электричества? Учёный ответил на него с большим экспери­ментальным изяществом. Он соеди­нил последовательно несколько ванн с разными разлагающимися вещества­ми (растворами иодида калия, соля­ной и серной кислот, расплавленны­ми иодидом и хлоридом свинца), некоторое время пропускал через них ток и затем определил массовое соотношение выделившихся веществ. Результат получился удивительный, заранее непредсказуемый: массы вы­делившихся водорода, кислорода, хло­ра, иода и свинца относились как 1:8: 36 : 125: 104, т. е. так же, как и их атомные массы, делённые на число валентных электронов. Исходя из этого, Фарадей сформулировал ос­новной закон электролиза:

Количество выделившегося при электролизе вещества пропорционально количест­ву пропущенного электри­чества и атомной массе с учё­том валентности.





Лаборатория М. Фарадея. Гравюра.

Значение этого закона, совершен­но чётко связывающего электричест­во с химическими свойствами ве­ществ, трудно переоценить. Известный английский электрохимик, сконстру­ировавший один из первых галь­ванических элементов длительного действия, Джон Фредерик Даниэль (1790—1845) в 1836 г. писал Фарадею: «Ваши открытия в области электрохи­мии представляют собой одну из са­мых больших революций в химии и открывают эру новых исследований».