Схема опытов Рейсса по электроосмосу и электрофорезу под действием внешнего электрического тока, наблюдавшийся в пористых телах, получил название электроосмоса.
Рейсс продолжал модифицировать опыты по электролизу. Он погружал во влажную глину две стеклянные трубки, заполненные водой, в трубки вставлял электроды. После включения тока наряду с электроосмосом наблюдалось еще одно новое явление — движение оторвавшихся частичек глины в противоположном направлении — к положительному полюсу. Явление перемещения частиц твердой фазы в жидкости под действием тока было названо электрофорезом.
Рейсс сделал сообщение в университете об открытых им явлениях. Спустя два года вышли его статьи, в которых были подробно описаны электроосмос и электрофорез. В этих явлениях проявлялась связь между электрическим током и относительным перемещением твердой и жидкой фазы. Понимание такой связи было, однако, неполным, ибо явления, обратные электроосмосу и электрофорезу по характеру причинно-следственной связи, то есть возникновение электрического потенциала при движении жидкости или твердых частиц, были открыты спустя лишь полвека.
Эффект, противоположный электроосмосу, открыл Георг Квинке (1834—1924), профессор Берлинского университета. В его опытах при протекании жидкости через пористую диафрагму возникала разность потенциалов
Песок
| Вода |
|---|
|
| Схема возникновения потенциалов течения и оседания |
между двумя электродами, помещенными по разным сторонам диафрагмы. Явление получило название потенциала течения. Тогда же (а именно в 1859 г.) Квинке предположил, что поверхность твердого тела заряжается одним знаком, а прилегающий слой жидкости — другим. Эта схема помогала объяснить относительное движение жидкости и частиц твердой фазы под действием тока, а также появление потенциала при протекании жидкости через пористую диафрагму. Впоследствии эта идея привела к открытию удивительной границы на разделе фаз — двойного электрического слоя.
Возникновение же разности потенциалов под влиянием механического движения твердых частиц в жидкости наблюдал в 1880 г. немецкий физик Фридрих Дорн (1848—1916). Оно было названо эффектом Дорна, или потенциалом оседания.
Так были открыты все электрокинетические явления.
Теория Берцелиуса
В 1818 г. Берцелиус (1779—1848) опубликовал на шведском языке третий том своего знаменитого учебника химии. Особую главу в нем он посвятил теории химических отношений. Спустя год эта глава была издана во Франции и Германии под названием «Опыт взгляда на учение о химических пропорциях и о влиянии электричества как химического агента». Эта работа была продолжением исследований, которые он выполнил сразу же после окончания университета в Упсале вместе с Вильгельмом Хизингером (1776—1852), у которого дома была превосходная лаборатория. Они изучили влияние вольтова столба на растворы различных солей и установили что, щелочи перемещаются к отрицательному полюсу, а кислород, кислоты и окисленные продукты — к положительному. Они пришли к выводу, что соли разлагаются на окись металла и кислотный ангидрид.
Из факта разложения растворов солей на две части, выделяющихся на различных электродах, Берцелиус делает вывод, что каждое сложное вещество независимо от числа составляющих его частей может быть разделено на две части — электроположительную и электроотрицательную.
Этот электрохимический дуализм стал для Берцелиуса объяснительным принципом. С подобных позиций на электролиз он смотрел так. При прохождении электрического тока у атомов восстанавливается полярность, которой они обладали до вступления в соединение, и они, естественно, начинают тяготеть к полюсу с противоположным электрическим зарядом. Теория Берцелиуса дополняла теорию Гротгуса. Но шведский ученый желал идти дальше. Он хотел не только объяснить явления электролиза, но и найти отправной пункт для суждения о строении химических соединений. Согласно дуалистическому принципу, как мы уже сказали, каждое соединение состоит из двух частей, имеющих различную электрическую полярность. Например, сульфат натрия Ма28О4, писал он, «это соединение не серы, кислорода и натрия, а серной кислоты и натра, которые впоследствии могут разделиться на два элемента — один электроположительный, другой — электроотрицательный. Таким образом, сульфат натрия имеет формулу №2О+-8ОГ.
По преобладающему на атомах электричеству Берцелиус разделил все известные ему элементы (их было 56) на электроположительные и электроотрицательные и составил из них особый электрохимический ряд. Самым электроотрицательным элементом оказался кислород, потом шли сера, азот, фтор, хлор, фосфор, селен, мышьяк, молибден, хром, вольфрам, бор, углерод, теллур, тантал, кремний, осмий. Далее следовал переходный элемент — водород, а за ним в восходящем порядке — электроположительные элементы: золото, иридий, родий, платина, палладий, ртуть, серебро, медь, никель, свинец, железо, кадмий, цинк, марганец, алюминий, магний, кальций, стронций, барий, литий, натрий, калий. Много позже было установлено, что электрохимическая природа элемента определяется не величиной его заряда, а свойственным ему потенциалом.