Реферати українською » История техники » Розвиток електрохімічних досліджень


Реферат Розвиток електрохімічних досліджень

Страница 1 из 4 | Следующая страница

>Будрейко Є. М.

Винахід гальванопластики (1838 р.)

Видатний російський учений, винахідник гальванопластики Борис Семенович Якобі (>Мориц-Герман Якобі,9.IX.1801, Потсдам —>11.III.1874, Петербург) народився Пруссії. У 1823 р. закінчив Ґеттінґенський університет, отримавши спеціальність архітектора. До 1833 р. працював у будівельному департаменті Пруссії. Проте його приваблювала не кар'єра чиновника, а наукова діяльність, особливо галузі фізики та механіки, що стосувалися практичного застосування електрики. У 1834 р. Якобі переїхав до Кенігсберг. Як зазначав сам учений, одним із головних причин його переїзду Росію було існування у ній що мав глибокі традиції передового наукового напрями, яке “показало світу і життя, як треба використовувати досягнення науки”.

У Кенігсберзі запропонував досконалішу, проти вже відомими, конструкцію електродвигуна. Принцип цього “магнітного апарату” відрізнявся від більшості інших конструкцій тим, що він якір мав обертальне рух, обумовленепопеременним притяганням і відштовхуванням електромагнітів. Робота Якобі привернула увагу таких відомих учених, як До. М. Бер і У. Я. Струве, за їхніми ініціативою 1835 р. він був запрошений у ролі екстраординарного професора зі кафедрі громадянської архітектури одного з найбільших наукових центрів Росії — Дерптський (ниніТартусский) університет. Там він читав курс “фізико-математичній теорії машин” і робив дослідженнями у сфері “чистої і прикладноїелектрологии”.

Проте теоретичні пошуки вимагали перевірки практично, й у 1837 р. Якобі переїхав до Петербурга, де у наступні 20 років виконав найважливіші роботи з електричним машинам, електричнимтелеграфам, мінної електротехніці, електрохімії і електричним вимірам.

У червні 1837 р. клопотанням Міністра народної освіти і президента Російської Академії Наук З. З. Уварова було створено куди входили найвідоміших учених на той час “Комісія для дослідів щодо пристосування електромагнітної сили до руху машин за способом професора Якобі”. Працюючи у ній він створив кілька конструкцій електродвигуна. Одне з яких був установлено в судні – “>електроходе”,совершившем у вересні 1838 р. перше плавання по р. Неві. Газета “санкт-петербурзькі відомості писала з цього приводу: “…важливий крок зроблений, й Росії належить слава першого застосування енергії (електрики – Прим. авт.) практично”.

Досліди над електроприводом судна тривали до 1840 р., коли вони, і навіть теоретичні дослідження електричних машин не привели вченого висновку, що розв'язання питання про широке застосування електродвигуна безпосередньо залежить від створення більш економічного і зручного джерела струму, ніж гальванічні батареї.

Б. З. Якобі займався, і іншими науковими і технічними пошуками, зокрема дослідженням проблеми передачі струму дротами різні відстані. Практичним додатком цього стали роботи з електромагнітному телеграфу і звзриванию хв з допомогою електрики. Так запропонував близько 20 різновидів телеграфних апаратів одним із перших побудував кабельні телеграфні лінії, зокрема лінію Петербург — Царське Село завдовжки близько 25 км (1843 р.).

З 1839 р. Якобі працював у “Комітеті про підводних дослідах”, де під керівництвом протягом 15 років проводилася розробка мінного зброї російського флоту й армії. Можливість електричного висадження хв з великої відстані було доведено працями П. Л. Шилінга. Продовжуючи його роботи, Якобі спробував створити, використовуючи явище електромагнітної індукції, незадовго до того відкритеФарадеем, новий джерело струму, позбавлений недоліків які використовувалися раніше вольтова стовпа і гальванічних батарей. Запропонована їм “>електромагнитная батарея” складалася змагнитоелектрической машини (генератора) і “індукційного ковзанки” і являла собою першуискровую генераторну систему запалювання високої напруги з індукційною котушками.

Отже, найважливішими досягненнями багатогранної і плідної наукової і винахідницької діяльності Якобі, з'явилися створення першого практичноприменимого електродвигуна, електромагнітного генератора і індукційною котушки, розробка різних систем електричного телеграфу, винахід гальванопластики. Ведучи мову про великому значенні робіт згальванизму, учений писав: “…у разігальванизм (електрику — Є. Б.) вперше вийде особисто від фізиків і з їхньої кабінетів про те, щоб поринути у майстерні ремісників і від художників”.

Діяльність Якобі високо цінували його сучасники. Ось як озвалася Академія наук з його смерть: “…можемо ми намагатися приборкати скорбота цієї втрати спогадом про корисність, принесеною покійним науці, мистецтву, промисловості, про повазі, яким його ім'я користується як у нашому батьківщині, і переважають у всіх освічених країнах землі. …>безраздельнабила…его любов до науки. Він жив нею нею. Про те, що він зробив у життя, достатньо його безсмертя у науці”.

Винахід гальванопластики було зроблено ученим випадково, під час роботи, розпочатої з метою створеннямедно-цинковой батареї, придатної для практичних потреб. З іншого боку, наявність понад потужних і надійних в експлуатації, ніжвольтов стовп, джерел струму представляло необхідна умова продовження досліджень зелектроосаждению металів. Б. З. Якобі писав 1838 р.: «Якщо це відкриття (гальванопластика – Прим. авт.) було зроблено раніше, це потрібно приписати тому обставині, що важко було зробити без постійних батарей. Ці останні були відомі лише останні роки, і мій нинішня робота змусила мене цим питанням більш, ніж когось іншого».

Коротко суть винаходу була така. Проводячи роботу над удосконаленням для практичних потреб елемента Даніеля, що складався з мідного судини, наповненою насиченим розчином сульфату міді, і цинку, зануреного в насичений розчин хлоридів амонію чи натрію, з діафрагмою з бичачого міхура, Якобі зауважив, що з проходженні крізь систему електричного струму цинк перетворюється на розчин, але в поверхні катода виділяється металева мідь, яка, будучи відділена нього, з великою точністю відтворює його рельєф.

Оцінюючи значення зробленого спостереження, учений зазначав, завдяки великий щільності електролізної міді процес, доведений до більшого досконалості, міг би мати практичного значення. Щоб розробити умови електролізу, яка б отримувати мідні відбитки необхідного якості, Якобі прокуратура вивчила вплив складу і концентрації електроліту, сили струму, тривалості електролізу, і навіть досліджені способи підготовки поверхні основи, у яких відбиток легко відокремлюється від нього.

Спочатку Якобі працювали з так званим «простимгальванопластическим апаратом» – приладом, який одночасно був і гальванічної ванній та джерелом струму. Невдовзі, проте, він удосконалив його, помістивши в катод відділення ящик з кристалами мідного купоросу, який розчинявся принаймні витрати іонівCu+ велектролите, підтримуючи розчин може насичення.

Як справедливо зазначає П. М. Лук'янов у книзі «Історія хімічних промислів та хімічної промисловості Росії», перше опис апарату, було опубліковано в 1838 р. Проте вже своїй праці, яка вийшла 1840 р., Якобі наводить схему, з розділенимелектролизером і джерелом струму. Процес проводився з розчинним мідним анодом в нашпигованою розчині мідного купоросу.

Таким кроком в удосконаленні схеми електролізу стало використання «батарей», хто перебував з кількох послідовно з'єднаних гальванічних елементів.

Перехід до розділеної схемою електролізу з розчиннимианодами мав вирішальне значення на впровадження гальванопластики в практику, дозволивши як приймати значно більшу швидкість осадження міді, проти простимигальванопластическими апаратами, а й покривати предмети великих ж розмірів та різної форми.

Винахід гальванопластики було високо оцінений у Росії. У рецензії, що у травні 1840 р. з газети «санкт-петербурзькі відомості», читаємо: «Нам, російських, це відкриття, крім матеріальних вигод, має іншу прекрасну бік, – воно вироблено у Росії, вдосконалене, зроблено спільним багатством».

У 1840 р. учений нагородили «ЦілковитоюДемидовской премією» (дев'яте присудження) до праці «>Гальванопластика чи Спосіб за даними зразкам виробляти мідні вироби з мідних розчинівпомощиюгальванизма». Цю премію у сумі 5 000 рублів «Якобі побажав вжити на подальші дослідження та досліди у справі електромагнетизму ігальванизма і вдосконалення теорії цих загадкових сил природи».

Своє винахід Якобі, незважаючи на патенту, передав для загального використання.

З іншого боку, за винахід гальванопластики «за надані наук, мистецтвам і взагалі вітчизняної промисловості послугу» Якобі отримав, за поданням Міністерства фінансів, винагороду, яке, з одних джерелам становило 2 500, на інших – 25 000 рублів.

Оскільки надзвичайно докладний опис винаходи гальванопластики дано як і працях і листах самого Б. З. Якобі, і у роботах пізніших дослідників, проаналізуємо лише ті аспекти, які безпосередньо причетні до створення гальванічного виробництва та, зокрема, до виникненнягальваностегии.

Перші роботи згальваностегии з'явилися торік у 1840-х рр., відразу після винаходи гальванопластики. Певне, те й дозволило історикам науки вважати перша подія безпосереднім наслідком останнього. У цьому розуміють, що гальванопластика ігальваностегия було створено водночас, тими самими найбільш дослідниками, спочатку розвивалися спільно і лише за кілька днів розділилися на дві самостійні області. На користь подібного припущення каже, начебто, і те, тобто майже весь в XIX ст. нанесення тонких золотих ісеребрянних покриттів з декоративними цілями називалигальванопластикой.

Нами, передусім, поставили завдання перевірити правильність такого припущення.

Слід зазначити, що наступний докладний аналіз процесу зародженнягальваностегии обумовлений як цілком природним науковим цікавістю, а й та обставина, що питанням про ідентичність історичного коріння гальванопластики ігальваностегии дозволило б реконструкція виникнення технологічного процесуелектроосаждения металів, залишаючись у межах досліджень з «гальванічному електрики», і залучати складнішу модель перетину традицій.

Насамперед слід було вирішити двоє ключових запитань:

1.Предвидел чи Б. З. Якобі будь-які інші практичні застосуванняелектроосаждения металів крім гальванопластики чи них наштовхнулися пізніше?

2. Чи займався він або його послідовники отриманням щільних металевих покриттів, добре зчеплених з основою?

Відповідь перше запитання знайшли нами щодо листів Якобі, звітів і доповідей, представлених ним Російськомуфизико-химическому суспільству в 1838 р. – 1850-х рр., і навіть низки оглядових робіт.

Так було в листі до А. М.Демидову (січень 1840 р.) знаходимо: «Не сумніваюся, що й просунути дослідження (>електроосаждения металів – Прим. авт.) далі і поширити їх поки що не інші речовини, можна дійти результатам, щонайменше плідним науці, ніж для металургійних процесів великого масштабу». Вочевидь, що саме йдеться про одну з найбільших областей сучасного електрохімічного виробництва –гидрометаллургии.

Наведемо витяг із листа Б. З. ЯкобіНепременному секретарю Петербургській академії наук П. М.Фуссу (1838 р.). До цього письма Якобі доклав відбиток гравірованої мідної платівки, виконаний електрохімічним способом. Опис першого твори вченого можна в будь-якій книзі з історії гальванопластики. Однак майже непоміченим дослідниками пройшов той факт, щосуществовав і друге відбиток – невдалий. Якобі вказував, що результати досвіду, коли він було отримано, «…виявився сприятливим себто різкості і точності відтворювальних чорт, але … несприятливим тому, не вдалося повністю відокремити відновлену мідь від гравірованої мідної платівки». Але «…можливо, – зазначав він далі, – що ця платівка представляє ще більшу науковий інтерес, ніж інша вдала … Справді, у ньому відновлена мідь настільки тісно злилася з мідної платівкою, що організувати неможливо її відокремити…».

Нарешті, у книзі «>Гальванопластика…» знаходимо «…предмети менш важливі, як захисту їхню відмінність від негоди, так багатьох інших причин, можна покривати тонким шаром відновленої міді», – пряма вказівка зокрема можливість використання мідних покриттів з захисної метою –гальваностегию.

Отже,Б.С. Якобі як першим винайшовгальванопластику, а й передбачив дві інші області застосуванняелектроосаждения металів –гальваностегию ігидроелектрометаллургию.

Проте подальший аналіз показав, що у 1838–1841 рр. він став, і його учні і послідовники займалися отриманням щільних металевих опадів, добре зчеплених з основою.

Створення технологічного процесу нанесення покрить

Викладене вище матеріал дозволяє припустити, що технологічний процес одержання електрохімічних покриттів було розроблено на перші кілька років по його винаходи гальванопластики, але незалежно від нього. Ким і як було зроблено?

Звернімося до початкового допущенню про можливість переходу від лабораторних дослідів поелектроосаждению металів до технологічному процесові завдяки перетинанню кількох традицій: наукових досліджень області «гальванічного електрики» і практичних способів нанесення металевих покриттів.

Проведене нами порівняння способу гарячого лудіння залізних аркушів, стосовного приблизно до кінця XVIII – початку в XIX ст., взятого за описом Р.Роудона, з першими гальванічними процесами:меднением,золочением ісеребрением, – що виникли у середині в XIX ст., дозволило відзначити велику схожість технологій. І те, в іншому разі процес складається з низки стандартних операцій:

– травлення виробів;

– покриття їх жиром (у разі гарячого лудіння) чи, навпаки, ретельне знежирення (в електрохімічних процесах);

– нанесення металевого покриття;

– сушіння;

– поліровка.

Що стосується гальванічного процесу цих операцій додаються операції активації і промивання виробів, причому остання виробляється доі після основний операції нанесення покриття.

Непрямим доказом запозиченнягальванотехникой прийомів і методів, які у ранніх технологіях нанесення металевих покриттів, є хороше знайомство дослідників з останніми: у перших книжках згальваностегии, поруч із електрохімічним, часто докладно описувалися і більше старі способи – змішення і хімічне осадження. Не може бути випадковим, оскільки, на відміну ситуації, що існувала на початку ХІХ ст., в 1830 – 1840-х рр.електроосаждением металів зазвичай починали займатися люди, працювали у сферіметаллопокритий.

Звернімося тепер до історичних фактів і спробуємо виявити ті конкретні обставини, у яких таке те що традицій мало статися.

Більшість істориків науки пов'язує перші крокигальваностегии з процесом золочення. Надзвичайно сприятлива обстановка до всього нового континенту в цій галузі усталилася у першій половині в XIX ст. Це зумовлювалося тим, що найдавніший спосіб нанесення золотих ісеребрянних покриттів – змішення – мав низкою серйозних недоліків. Він бувнеекономичен, застосуємо лише виробів певної товщини і, при цьому, надзвичайно шкідливий. Вже1810-е рр. існував «соціальне замовлення» розробці менш шкідливого і більше економічного способу золочення, ніж змішення.

У 1816

Страница 1 из 4 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація