Был открыт ряд интересных явлений, сопутствующих электролизу, например, конкурирующий характер адсорбции из растворов, связанный с вытеснением молекул растворителя, адсорбированных ранее на электроде. Сам же Фрумкин выяснил, что строение двойного слоя у целых групп металлов имеет в основном сходные черты, а это, в свою очередь, значит, что результаты, полученные на жидких металлах, наиболее удобных в экспериментальном отношении, имеют общее значение. Он ввел в науку понятие о потенциале нулевого заряда. На электрокапид-лярных кривых потенциал нулевого заряда соответствует максимуму кривой. Это понятие явилось как бы оценочным критерием поведения электрода, раскрыло его адсорбционную и кинетическую сущность.
Таким образом, самым примечательным в изучении этого необычайно сложного двойного слоя оказалось то, что наблюдения за изменением потенциала в нем стали чрезвычайно важными при определении скорости электродных процессов.
Академик Фрумкин
Плодотворность идеи связи электрических и химических явлений, конечно, была видна многим. Но как только исследователь принимался осуществлять тот или иной электрохимический процесс на практике или хотя бы проводить ту или иную электрохимическую реакцию, сложности обступали его со всех сторон.
На первый взгляд все было просто и понятно. Пользуясь термодинамическими зависимостями, можно было рассчитать, например, что для разложения воды на кислород и водород электролизом необходима разность потенциалов в 1,23 вольта. Один миллилитр водорода на платиновых электродах при потенциале, близком к равновесному значению, выделяется за час. А на ртутном электроде при таких же условиях... за 400 тысяч лет!
Дальше больше. Исследователь хочет получить за минуту не один, а, скажем, семь миллилитров водорода. Для этого он должен увеличить напряжение на платиновых электродах площадью 1 см2 вместо теоретических 1,23 вольта до 3,5 вольта. Оказывается, только 35 процентов электрической энергии используется на электролиз воды, а остальные 65 уходят на нагревание электролита...
Можно без преувеличения сказать, что очень долго при создании электрохимических устройств и разработке вариантов электрохимической технологии исследователи опирались из фундаментальных знаний электрохимии только на законы Фарадея. Если же достигались положительные результаты, то чисто эмпирически. Достаточно вспомнить, например, такие решения, как сближение электродов или применение концентрированных растворов для снижения сопротивления электрохимических систем. Эти удачи почти всегда были результатом кропотливой работы, проведенной почти на ощупь, методом проб и ошибок. И подобные решения часто не имели приемлемых объяснений. Более того, со временем таких сложностей в электродных процессах, то есть в процессах, связанных с переносом зарядов через границу между электродом и раствором, накопилось чрезвычайно много.
Но убедиться в наличии этих сложностей было мало. Важно было увериться в необходимости их изучения и на этой основе понять, от чего зависит скорость протекания реакций и каким образом можно оптимизировать электрохимический процесс. Это было важно не только с научной точки зрения. Этого требовало время: электрохимические процессы внедрялись в промышленность, строились электролизеры, начался выпуск гальванических батарей. Без знаний законов электрохимических процессов невозможно было вести реакции в нужном направлении, расходы электроэнергии и материалов были непозволительно велики.
Этим огромным комплексом вопросов, объединенных общим названием «кинетика электродных процессов», занялся тридцатисемилетний академик Александр Наумович Фрумкин (1895—1976), создатель теории скоростей электрохимических процессов, профессор Московского университета, первый лауреат Ленинской премии, Герой Социалистического Труда, основатель Института электрохимии АН СССР, носящего теперь его имя. В последние годы в память об этом выдающемся ученом периодически проходят фрумкинские симпозиумы, на которых обсуждаются проблемы электрохимии.
Фрумкин ясно видел, что в реальных условиях — при электролизе, в источниках тока, в организмах — везде, где может протекать электрохимическая реакция, электрохимическое равновесие, как правило, не реализуется, и понимание процессов требует знания кинетических зако* номерностей.
Александр Наумович Фрумкин родился в Кишиневе. После окончания реального училища в Одессе он некоторое время учился за границей — в Страсбурге и Берне. Двадцатилетним юношей он окончил физико-математический факультет Одесского университета. Через несколько лет молодой ученый, уже профессор, был приглашен в Москву, в Физико-химический институт имени Л. Я- Карпова. Вскоре он был назначен заведующим кафедрой электрохимии МГУ, а в 1932 г. избран академиком.