Оказалось, что у положительного конца цепи выделяется кислород, а у отрицательного — водород. «Вызывало удивление,— писал Никольсон,— что водород выделялся на одном конце, тогда как кислород — на другом, отстоящем от первого почти на два дюйма». Теперь-то никто этому не удивляется и все понимают, что Никольсону просто удалось разложить воду на ее составляющие. Но в своем изумлении Никольсон был не одинок, его чувства разделяли все, кто воспроизводил этот опыт. Выделение составных частей воды на разных полюсах при электролизе было даже названо парадоксом Никольсона. Удивляться, впрочем, было чему: если электричество разлагает воду на ее составные части, то почему продукты реакции выделяются на электродах, подключенных к разным полюсам вольтова столба, а не на одном? Ответа на этот вопрос английские ученые не находили.
Золото Наполеона
О знаменитых людях часто рассказывают, что уже в детстве с ними происходили такие вещи, которые иначе как знаками судьбы не назовешь. Говорили, например, будто маленький Карл Линней переставал плакать, как только ему давали в руки цветок. Такое же «предзнаменование» было в семье, где родился Теодор Гротгус (1785—1822). Друг семьи преподнес новорожденному оригинальный подарок — студенческий билет Лейпцигского университета. Шутка оказалась пророческой: уроженец Лифляндии, Гротгус учился именно в этом университете. Он стал ученым и сделал блестящий вклад в решение вопроса о механизме химического разложения при прохождении электрического тока. К несчастью, его с юношеских лет мучила жестокая болезнь, и, не выдержав мучений, он покончил с собой, едва дожив до 37 лет. Знаменитый физикохимик В. Оствальд сказал, что из Грот-гуса «вышел бы ученый первого ранга, который оставил бы науке не одну гениально придуманную теорию, но целый ряд превосходно сделанных работ».
В 1805 г. в Неаполе была опубликована статья Грот-гуса «Заметка о разложении воды и растворенных в ней тел при помощи гальванического электричества». Она принесла двадцатилетнему ученому большую известность; он был избран членом-корреспондентом Туринской академии и почетным членом Гальванического общества в Париже. Взгляды Гротгуса сделались вскоре общепризнанными и оказали серьезное влияние на развитие теоретических представлений об электролизе и учение о растворах.
«Наблюдения над вольтовым столбом, имеющим положительный и отрицательный полюсы,— писал Гротгус,— вызвали у меня мысль, что подобная же полярность могла бы образовываться между частицами воды, если на них действует такой же электрический агент. Для меня это было лучом счета».
Гротгус предположил, что полярна сама молекула воды, что она состоит из кислорода, заряженного отрицательно, и из водорода, заряженного положительно. «Тогда отрицательный полюс батареи притянет водород, отталкивая кислород, а положительный полюс притянет кислород, отталкивая водород».
Полярное строение воды — вот согласно Гротгусу ключ к разгадке электролиза. Механизм электропроводности — это цепь последовательных разложений и воссоединений молекул воды и выделение крайних звеньев этой цепи в виде свободных химических элементов у электродов. Если это так, то механизм разложения воды становится ясен, а парадокс Никольсона перестает быть парадоксом. Продукты электролиза не могут собираться на одном полюсе — только на разных полюсах.
Гротгус был исследователь с чрезвычайно богатой научной фантазией. Из Лейпцига он вернулся на родину и поселился в местечке Гедучей, недалеко от Елгавы. Он много экспериментировал и написал ряд интересных статей. В одной работе он развивает ряд важных идей о состоянии молекул растворенного вещества и воды в растворе: «Уже в самой жидкости, благодаря находящимся в ней элементарным частицам, должен постоянно действовать гальванизм. Он не вызывает никакого химического явления лишь потому, что все действующие электрические силы находятся в равновесии. Как только равновесие нарушается, наступает химический эффект».
Гротгус вообще полагал, что когда соприкасаются два вещества, которые могут в определенных условиях химически действовать друг на друга, то «всегда имеет Место полярное расположение легкоподвижных элементарных частей вещества, между которыми и происходит электрическое воздействие». Это указание Гротгуса на связь химических и электрических сил в дальнейшем всегда учитывалось при разработке теории реакций подобного рода. Идеи Гротгуса о том, что расщепление молекул на элементарные составные частицы происходит еще до действия электрического тока и что эти частицы полярно соединяются и отталкиваются по всем направлениям, через много лет были развиты в теории электролитической диссоциации, созданной Сванте Аррениусом и его единомышленниками.