Трактат об электричестве и магнетизме

Для того чтобы избавиться от этого водородного покрытия, прибегают к различным способам. Покрытие может быть до некоторой степени уменьшено при помощи механических средств, таких, как перемешивание жидкости или протирание поверхности отрицательной пластины. В батарее Сми (Smee) отрицательные пластины расположены вертикально и покрыты тонкими волокнами платины, с которых пузырьки водорода легко срываются и, всплывая вверх, создают ток жидкости, который помогает счищать другие пузырьки по мере их образования.

Однако гораздо более эффективным является применение химических средств. Существует два вида таких средств. В батареях Гроува (Grove) и Бунзена (Bunsen) отрицательная пластина помещается в жидкость, богатую кислородом, и водород, вместо того чтобы создавать покрытие на поверхности пластины, вступает в соединение с этим веществом. В батарее Гроува платиновая пластина помещается в неразведённую азотную кислоту. В первой батарее Бунзена используется угольная пластина, помещённая в ту же кислоту. Для тех же самых целей используется также хромовая кислота. Она имеет то преимущество перед азотной кислотой, что не выделяет паров при протекающих в ней реакциях.

Другой способ избавления от водорода - это использование в качестве отрицательного металла меди, поверхность которой покрыта слоем окисла. Этот слой, однако, быстро исчезает при использовании в качестве отрицательного электрода. Джоуль предложил для восстановления слоя изготовлять медные пластины в форме дисков, наполовину погружённых в жидкость, и медленно их вращать, так, чтобы воздух мог воздействовать на поочерёдно открытые части диска.

При другом способе в качества электролита используется жидкость, катионом в которой является металл, в высокой степени отрицательный по отношению к цинку.

В батарее Даниэля медная пластина помещается в насыщенный раствор медного купороса. Когда ток идёт через раствор от цинка к меди, на медной пластине осаждается медь, но водород не выделяется. Пока раствор является насыщенным, а ток не слишком большим, медь ведёт себя как настоящий катион, в то время как анион SO₄ движется по направлению к цинку.

Если эти условия не выполняются, на катоде появляется водород, который тут же действует на раствор, замещая медь, и соединяется с ионом SO₄, образуя серную кислоту. Когда это происходит, сульфат меди вблизи от медной пластины заменяется на серную кислоту, раствор становится бесцветным и снова возникает поляризация, связанная с выделением водорода. Медь, осаждённая при этих условиях, оказывается по структуре более рыхлой и более хрупкой, чем медь, осаждённая при истинном электролизе.

Для того чтобы жидкость вблизи от медного электрода постоянно была насыщена медным купоросом, нужно поместить кристаллы этого вещества в жидкость по соседству с электродом, так, чтобы при ослаблении раствора из-за осаждения меди могло растворяться больше кристаллов.

Мы уже убедились в необходимости того, чтобы жидкость вблизи от меди была насыщена сульфатом меди. Ещё более необходимо, чтобы та жидкость, в которую погружён цинк, была свободна от сульфата меди. Если сколько-нибудь этой соли доберётся до поверхности цинка, то соль восстановится и медь осядет на цинк. В этом случае цинк, медь и жидкость составляют небольшую цепь, и в этой цепи идёт быстрый электролитический процесс: цинк выедается за счёт процесса, который не вносит никакого вклада в полезное действие батареи.

Чтобы этого не случилось, цинк погружают либо в разведённую серную кислоту, либо в раствор сульфата цинка, а для того чтобы раствор сульфата меди не мог смешаться с этой жидкостью, обе жидкости отделяются друг от друга перегородкой либо из пузыря (плёнки), либо из пористой глины. Эти перегородки не препятствуют электролизу, но в то же время эффективно предотвращают видимые течения, ведущие к смешиванию жидкости.

В некоторых батареях для предотвращения течений используются опилки. Однако эксперименты Грэхэма (Graham) показали, что если две жидкости разделены перегородкой такого типа, то процесс диффузии идёт столь же быстро, как и в случае непосредственного соприкосновения жидкостей, при условии, что видимые течения отсутствуют. По-видимому, если использовать плёнку животного происхождения, которая уменьшает диффузию, то она точно в том же отношении увеличит сопротивление элемента, потому что электролитическая проводимость представляет собой процесс, математические законы которого имеют ту же форму, что и законы диффузии, и то, что мешает одному процессу, должно в равной мере мешать другому. Единственное различие заключается в том, что диффузия имеет место всегда, в то время как ток идёт только тогда, когда батарея находится в действии.

Во всех вариантах батареи Даниэля сульфат меди в конце концов находит дорогу к цинку и портит батарею. Для того чтобы отсрочить этот исход на неопределённое время, сэр У. Томсон ⁸ осуществил следующую конструкцию батареи Даниэля [рис. 22].

⁸Proc. R. S., Jan. 19, 1871.

Рис. 22