В наши дни прикладная электрохимия объединяет два очень крупных направления: проведение химических реакций при помощи электричества и получение электрической энергии за счет химических превращений. И в том и в другом направлениях работают мощные производства, давая продукцию, без которой немыслимо наше нынешнее существование, так же как и будущий прогресс.
Остановлюсь на некоторых особенностях электрохимических реакций, которые являются основополагающими как в науке, так и в практике и которые необходимо знать для того, чтобы понимать суть происходящего.
Если обычные химические реакции (окислительные или восстановительные) протекают как бы в одной фазе и зависят от переменных химической кинетики — от концентрации раствора, температуры, — то электрохимия позволила вести процесс как бы в двух стадиях. Она дала процессам новые рычаги управления, поставила их в зависимость от величины электродного потенциала, природы материала электрода и состояния его поверхности. Именно эти рычаги и позволили исследователям и технологам управлять ходом процессов: вести их в намеченном скоростном режиме, с достаточной точностью направлять движение частиц вещества. Это очень важные особенности процесса, ибо они почти полностью исключают рассеивание энергии в окружающую среду и потому являются экологически безопасными. В связи с тем, что при таких условиях энергия не рассеивается, а вся выполняет определенную работу, коэффициент полезного действия процессов исключительно высок. Кроме того, электрический ток чрезвычайно сильный окислитель и восстановитель и потому позволяет вести процессы с такой глубиной, которая недостижима сугубо химическим путем.
Такие вот особенности электрохимии и способствовали широкому использованию достижений этой науки в промышленности.
Было бы, однако, неверным полагать, что, едва родившись, новая наука сразу же стала завоевывать все новые и новые позиции. Это, конечно, не так. Долгое время исследователи шли путем проб и ошибок (кстати, это случается и сейчас), когда теоретические предпосылки далеко не стопроцентно находили подтверждение на практике, когда расчеты показывали одно, а на практике получалось другое.
Дело в том, что классическая наука не умела строить сложных моделей будущих практических процессов. Она могла с достаточной ясностью рассказать о том, что происходит в электролите, когда через него пропускают электрический ток, но она не могла объяснить, какие процессы совершаются в это же время на поверхности электродов, она не могла объяснить кинетику этих процессов. Такой теории не существовало, хотя в гипотезах недостатка не было.
Большой вклад в развитие электрохимии внесли отечественные ученые. Были сформированы мощные научные школы в Москве и Ленинграде, Свердловске и Киеве. Во главе их стали крупнейшие ученые и исследователи В. Кистяковский, П. Федотьев, А. Писаржевский, Е. Шпитальский, А. Фрумкин и О. Есин. Работы именно этих школ дали мощный импульс развитию не только отечественной, но и мировой науки. Главы школ и их многочисленные ученики и последователи сосредоточили свое внимание на ключевых проблемах теоретической электрохимии: изучении особенностей строения границы раздела металла с раствором электролита и исследовании самого механизма и кинетики электродных реакций. Без ясного понимания того, что же происходит на границе электрода и электролита, невозможно было продвижение вперед, невозможно было прогнозировать с достаточной надежностью, как будут развиваться и протекать электрохимические процессы, а следовательно, и строить надежные технологии.
В результате многочисленных исследований и экспериментов постепенно стало проясняться многое из того, чему классическая электрохимия не давала достаточного объяснения, в частности, появилась ясность в том, как протекают процессы, происходящие на границе электрода и электролита. А. Фрумкиным впервые в мировой науке было введено понятие о нулевом потенциале. Именно это понятие и явилось как бы оценочным критерием поведения электрода, раскрывало его адсорбционную и кинетическую сущность.
Нужно отметить, что развитие теории в этот период сильно затруднялось из-за несовершенства экспериментальной техники. Многое не поддавалось измерениям во время экспериментов. Приборы и аппаратура «не успевали» срабатывать, не обладали нужной чуткостью и избирательностью.
Ситуация стала меняться в самое последнее время, когда появилась перспектива использовать в этих исследованиях оптические методы: спектроскопии молекул в двойном слое, электроотражения, эллипсометрии. Это позволило перевести исследования на более тонкий уровень, получить данные о микроструктуре, начать серию экспериментов в области реально действующих систем, а не тех идеальных, с которыми имела дело классическая электрохимия.