Электричество в мире химии - Георгий Яковлевич Воронков
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Квадрига Большого театра
Ровно 150 лет назад Б. С. Якоби, работая над усовершенствованием гальванического медно-цин-кового элемента, обнаружил интересное явление. На одном электроде происходило отложение тонких и прочных слоев меди. Так родилась новая отрасль прикладной электрохимии — гальванотехника. Якоби использовал это явление для получения тонких металлических копий с рельефных предметов — монет, медалей, скульптур.
На предмет наносили слой гипса или расплавленного воска. После застывания этот слой снимался и получалась «негативная» копия. Чтобы сообщить копии проводимость, ее поверхность с внутренней стороны покрывалась слоем графита. Затем «негатив» помещали в насыщенный раствор медного купороса и соединяли с отрицательным полюсом источника тока; другой полюс соединялся с медной пластинкой, погруженной в тот же раствор. В результате электролиза на поверхности копии отлагалась медь. Когда слой меди достигал достаточной толщины, модель вынимали из раствора и отделяли от гипса. Получалась точная копия поверхности предмета.
Якоби был человек энергичный, и благодаря ему гальванопластика — так он называл электролитическое снятие копий ■— быстро нашла практическое применение. Спустя три года ее стали использовать для воспроизведения досок, с которых печатали кредитные билеты. В 1844 г. в Петербурге, близ Нарвских ворот, было организовано гальваническое предприятие, на котором работали две с половиной тысячи рабочих. Там изготовлялись декоративные скульптуры и барельефы для архитектурных ансамблей Зимнего дворца, Исаакиевского собора, Главного штаба и других зданий. Четверка бронзовых коней, которой управляет Аполлон, на фронтоне Большого театра в Москве тоже изготовлена способом гальванопластики.
Наряду с гальванопдастикой широкое развитие получила гальваностегия — покрытие изделий металлами с помощью электролиза. Чтобы предохранить изделия от коррозии, их покрывают цинком, кадмием, оловом, свинцом, никелем, железом, кобальтом. Особенно нуждается в этом химическая и электротехническая аппаратура. Цинкование, лужение, свинцевание — неотъемлемые звенья многих технологических цепочек.
Никелевые покрытия нарядны, стойки, прочны. Поэтому никелирование —• самый распространенный в гальванотехнике процесс. Ежегодно во всем мире никелируют миллионы квадратных метров поверхности различных изделий — от дверных ручек до бамперов автомобилей и волноводов. Разработаны специальные электролиты и оптимальные токовые режимы, благодаря которым никелирование производится быстро и надежно. Точно так же хромируют цилиндры двигателей, лопатки паровых турбин и другие изделия, которые должны противостоять сильному жару, износу, агрессивной среде. Для повышения 120
электропроводности изделий на них иногда наносят слой меди. Бывает, этот слой является промежуточным между изделием и слоем никеля или хрома. Меднение применяют при изготовлении матриц для штамповки грампластинок, золочение и серебрение — в электротехнике, радиоэлектронике, часовой промышленности, ювелирном деле.
Электролитическое рафинирование меди — дело, конечно, не новое. Но принцип анодного растворения металла таит в себе удивительные возможности. В некоторых случаях электрохимическая размерная обработка металлов приходит на смену традиционным механическим способам резания, сверления, полирования, шлифования. Ценный металл перестает превращаться в стружку. Производительность труда увеличивается в 5—10 раз. Внедрение такой, казалось бы, малозначительной операции, как электролитическое снятие заусенцев и других дефектов с отливок или зачистка сварных швов, повышает производительность труда в 30 раз.
Уже давно выпускаются и с большим экономическим эффектом используются станки для электрохимической размерной обработки металлов. Атом за атомом металл удаляется из обрабатываемой детали, поляризуемой анод-но. Продукты реакции выносятся потоком электролита, циркулирующим между деталью и инструментом-катодом. Электролитическими методами можно обрабатывать такие сверхтвердые и трудно поддающиеся механической обработке материалы, как вольфрам или хромоникелевая легированная сталь.
Эйфелева башня и индийская колонна
Железо ржавеет. Из-за различного физико-химического воздействия внешней среды разрушаются и другие металлы. Ежегодно от коррозии теряется около трети годового производства металла. Потери исчисляются десятками миллиардов долларов, марок, рублей. И беда не только в том, что просто пропадает металл,— нет, разрушаются конструкции, на которые был тоже затрачен труд, ржавеют мосты, машины, крыши, памятники. Как символ достижения техники XIX в. в Париже по случаю Всемирной выставки 1889 г. была воздвигнута Эйфелева башня. В XX в. она служила радиоантенной, потом — телеантенной. На башню стали водить туристов. Постепенно она сделалась таким же символом Парижа, как Кремль — символом Москвы, шпили — символами Ленинграда, статуя Свободы и небоскребы — символами Нью-Йорка. Но башня неизлечимо больна — она изготовлена из обычной стали и неудержимо ржавеет и разрушается.
С тех пор как человек научился изготовлять предметы из металла, а это было не менее 4500 лет назад, он борется с коррозией. Эйфелева башня не простояла бы столько лет, если бы ее не красили уже семнадцать раз, отчего ее масса (9000 тонн) каждый раз увеличивалась на 70 тонн. Она — предмет постоянной заботы парижских властей.
Имеются и примеры поразительной стойкости некоторых металлических сооружений. Кто не слышал о железной колонне во дворе минарета Кутуб-Минар в Дели! Она стоит уже тысячу лет, и хоть бы что! Говорят, один иностранец решил раскрыть тайну этого нержавеющего железа и каким-то образом отколол небольшой кусочек от колонны. Каково же было его удивление и разочарование, когда еще на корабле по пути из Индии он заметил, что металл покрылся ржавчиной. В конце концов ученые предположили, что стойкость индийского железа объясняется присутствием в атмосфере Дели большого количества аммиака и тем, что в металле отсутствует сера — результат выплавки железа на древесном, а не на каменном угле: в древесном серы нет. К сожалению, такие стойкие конструкции, как эта колонна, на Земле большая редкость.
Заметные успехи в борьбе с коррозией появились лишь после того, как было установлено, что коррозия во многом имеет электрохимический характер. Немалую роль в понимании механизма коррозии сыграли исследования академика В. А. Кистяковского, члена-корреспондента АН СССР Н. А. Изгарышева (1884—1956) и члена-корреспондента АН СССР Г. В. Акимова (1901 —1953). Георгию Владимировичу Акимову мы также обязаны созданием первой в СССР научной коррозионной лаборатории и первой в мире кафедры коррозии, основанной в 1931 г. в Московском институте цветных металлов.
Электрохимическая теория коррозии, справедливо отмечал академик Я. М. Колотыркин, «указала путь не только к оценке химического сопротивления металлов и сплавов, но и к повышению их стойкости за счет направленного легирования самого металла, модифицирования агрессивной среды и регулирования потенциала».
Коррозия многолика. Стойкость конструкционных ма-териалов в отличие от их механических характеристик и физических свойств зависит от природы, состава и структуры самого материала, от технологической среды и условий эксплуатации. Пусть в ничтожном количестве,
