Необыкновенное поведение обыкновенного железа

В 1909 году в Лондоне на VII конгрессе по прикладной химии профессор Владимир Александрович Кистяковский продемонстрировал коллегам внешне очень простое устройство.

В сосуд с жидкостью опущены два металлических электрода, от них тянутся провода к электрическому звонку. Казалось бы, ничего необычного — гальванические элементы были в то время хорошо известны и повсеместно распространены. Но соединенный с прибором звонок то звенит, то затихает, то снова звенит, словно подчиняясь чьему-то приказу. Кто управляет им? Простенькое устройство ведет себя не так, как обычные гальванические элементы, которые как известно, дают постоянный ток. Маститые ученые качают седыми головами…

Между тем в опыте, который демонстрировал Кистяковский, не было ничего необычного. Правда, для того, чтобы разобраться в теории происходящих явлений, школьных знаний по химии, физике и метематике, пожалуй, маловато, но тем не менее понять, как действует переменнотоковый гальванический элемент, можно.

Проделаем сначала такой опыт. Возьмем железный гвоздь и погрузим его в 10% раствор серной кислоты (обязательно выполнение правил техники безопасности при работе с кислотами). Начнется химическая реакция, сопровождающаяся выделением пузырьков водорода. Теперь погрузим тот же гвоздь на несколько секунд в концентрированную азотную кислоту, а затем снова в раствор серной кислоты. На этот раз выделение пузырьков водорода не наблюдается. Железо перешло в пассивное состояние. Под действием сильного окислителя — концентрированной азотной кислоты — на поверхности гвоздя образовалась тонкая оксидная пленка, которая и защищает металл от действия серной кислоты.

В этих опытах железо было либо активным, либо пассивным. Профессор Кистяковский предложил такой раствор, в котором в результате одновременного протекания нескольких химических и физических процессов железо попеременно становится то активным, то пассивным. Если в такой раствор опустить железный и графитовый электроды и подключить к ним вольтметр, мы обнаружим, что электродвижущая сила получившегося гальванического элемента периодически (с частотой 11-16 с.) изменяется. Гальванический элемент дает пульсирующий ток.

Но лучше один раз увидеть, чем семь раз услышать. Итак, вашему вниманию опыт Кистяковского, но уже на более современных реактивах и материалах.

Приготовьте три раствора:

Раствор №1

5 мл концентрированной серной кислоты растворим в 100 мл дистиллированной воды. (Добавлять кислоту в воду, а не наоборот!)

Раствор №2

5 г. дихромата калия (K2Cr2O7) растворим в 95 мл дистиллированной воды.

Раствор №3

10 мл концентрированной серной кислоты растворим в 166 мл дистиллированной воды. (Добавлять кислоту в воду, а не наоборот!)

Смешаем растворы №1 и №2 и охладим до комнатной температуры (20*С). Электролит готов.

В качестве железного электрода для нашего гальванического элемента используем большой гвоздь или пластину из низкоуглеродистой стали. Графитовый электрод можно извлеч из отслужившей свой срок батарейки.

Чтобы снять ржавчину, железный электрод хорошо зачистим мелкой наждачной бумагой и погрузим в теплый раствор №3, подержим его там до появления пузырьков водорода. Теперь можно приступать к опыту.

Опустим железный и графитовый электроды в электролит и подключим их к вольтметру, обеспечивающему измерения в интервале от 0 до 2 вольт. Через несколько секунд стрелка прибора начнет двигаться. Если этого не произойдет, снова погрузим электрод в теплую серную кислоту до появления пузырьков водорода и попробуем еще раз. Если и на этот раз пузырьки не появятся, замените стальной электрод на другой. Вероятно на нем все же осталась ржавчина или в стали слишком много примесей, например углерода. Как только вы подберете нужный гвоздь, долгожданный еффект будет получен.

Построенный нами гальванический элемент дает не переменный, а пульсирующий постоянный ток. Для получения переменного тока погрузим в электролит два железных электрода. Скорее всего интервалы времени, в которые каждый из электродов будет находиться в активном или пассивном состоянии не совпадут. Поэтому положительным и отрицательным электродом попеременно будут становиться то один, то другой электрод и гальванический элемент будет выдавать самый настоящий переменный ток (хотя и низкокачественный).

Несмотря на то, что переменнотоковый гальванический элемент появился еще в начале нашего века, применение в технике он не нашел. Наверное, не последнюю роль сыграли в этом его не очень хорошие эксплуатационные качества — нестабильность в работе, слишком низкая частота тока. Но достижения современной электрохимии позволяют надеяться, что недостатки эти можно устранить.