Гальванопластика. Следы ведут во времена фараонов
Знания и умения народов, живших до нашей эры, поражают воображение современных людей. Невозможно не удивляться изготовленной металлургами Древней Индии колонне из химически чистого железа или расчетам вавилонских астрономов, точность которых немногим уступает данным, полученным с помощью современной техники. Не менее изумляют сообщения о том, что наши далекие предки не только умели получать электричество, но и успешно использовали его в таких сложных процессах, как гальванопластика.
Секреты античных умельцев
Сравнительно недавно специалисты по античному судостроению обратили внимание на медные гвозди, которыми была хаотически обита подводная часть древнеримского судна. Ту же картину обнаружили и на другом судне той эпохи. Сначала ученые решили, что таким образом римские корабелы защищали обшивку от обрастания ракушками и древоточцев. Но из достоверных источников известно, что для этой цели подводную часть кораблей покрывали тонкими листами меди. Зачем в таком случае гвозди?
Решили эту загадку физики. Они пришли к неожиданному выводу: судостроители вбивали в корпус медные гвозди для того, чтобы уберечь суда от разрушения вследствие природного электролиза. И это в то время, когда ученые Древнего Рима только-только пробовали наблюдать явления, связанные с электричеством. Впрочем, справедливости ради следует заметить, что корабелы Рима не имеют права претендовать на приоритет Гальвани и Вольта — они, оказывается, попросту воспользовались знаниями и опытом других.
Часть открытия гальванопластики принадлежит русскому ученому, академику Борису Семеновичу Якоби
В трудах античных историков не раз упоминались удивительные мастера, подданные Клеопатры, которые умели делать благородные металлы. Скорее всего, речь шла о некой технологии, позволявшей покрывать различные изделия, главным образом культовые предметы, тончайшим слоем золота и серебра. Однако этот процесс, в наши дни названный гальванопластикой, невозможен без источника электроэнергии. Поэтому информации греческих и римских историков их нынешние коллеги, мягко говоря, не доверяли…
В чем соль?
Гальванотехникой, или гальваникой, называют процесс получения на поверхности изделия слоев металлов из растворов их солей под действием постоянного электрического тока. Сущность метода заключается в погружении покрываемых изделий в водный раствор электролита, главным компонентом которого являются соли или другие растворимые соединения металлопокрытия. Покрываемые изделия контактируют с отрицательным полюсом источника постоянного тока, то есть являются катодами. Анодами обычно служат пластины или прутки из того металла, которыми покрывают изделия. Они контактируют с положительным полюсом источника постоянного тока и при прохождении электрического тока растворяются, компенсируя убыль ионов, разряжающихся на покрываемых изделиях.
Наряду с электрохимическим методом катодного осаждения металлов широкое применение находят и анодные методы электрохимической обработки поверхности металлов. К ним относятся электрохимическое оксидирование, травление, полирование и так далее.
Гальванопластика используется для нанесения на поверхность изделий очень тонких металлических покрытий для повышения коррозионной стойкости и износостойкости изделий, улучшения отражательной способности их поверхностей, повышения электрической проводимости и магнитных характеристик, облегчения пайки, а также для декоративной отделки. Используется этот метод также для получения точных копий рельефных оригиналов. Такие копии выставляются в музеях, где невозможно создать цельный репрезентативный экспозиционный ряд без включения копийных материалов. В некоторых небольших музеях с ограниченными фондами копии занимают иногда большую часть экспозиционного пространства.
Официальная история
Техника гальванических покрытий, возникновение которой относится к началу XIX века, была тесно связана с усовершенствованием гальванических источников тока. Открытию гальванопластики предшествовали замечательные работы академика В.В. Петрова, построившего в 1802 году самую мощную в мире гальваническую батарею и выполнившего ряд работ по электролизу воды, оксидов ртути, свинца, олова и органических соединений. В 1807-1808 годах английский ученый Г. Деви получил электрохимическим способом неизвестные прежде металлы — натрий, калий, кальций, стронций, барий.
Честь открытия гальванопластики принадлежит крупному русскому ученому академику Борису Семеновичу Якоби. Это был один из важнейших этапов в развитии электрохимии, оказавший влияние на становление ее не только в России, но и во всем мире.
В ставшем классическим труде по гальванопластике Якоби писал: «Гальванопластика основывается на известном и весьма замечательном свойстве электрических токов разлагать почти все сложные вещества на их составные части, в особенности же осаждать или восстанавливать металлы из растворов или каких-либо соединений».
Якоби предугадал неограниченные возможности применения гальванического тока и практически доказал возможность металлических отложений из водных растворов не только в лабораторных условиях, но и в промышленных масштабах. На основе теоретических и лабораторных изысканий Якоби в Петербурге был организован первый гальванопластический завод.
Поразительное открытие
В 1936 году археологи, работавшие на раскопках в Багдаде, обнаружили странный предмет. Он представлял собой 15-сантиметровый глиняный сосуд, внутри которого находился медный цилиндр. Тот, в свою очередь, за асфальтовой прокладкой скрывал окислившийся железный брусок. Предположив, что в цилиндр можно было залить раствор, обладающий щелочными свойствами, ученые пришли к выводу, что багдадскую находку нужно считать самым настоящим гальваническим элементом.
Это подтвердила серия опытов, проведенных с реконструированным устройством такого рода. Заполняя цилиндр наиболее доступными жителям Двуречья жидкостями — винным уксусом или морской водой, экспериментаторы получили электрический ток силой 0,5-5 мА и напряжением до 0,5 В.
Австрийский археолог Вильгельм Кёниг датировал найденный глиняный сосуд, который журналисты начали называть багдадской батарейкой. III-II веками до н. э. Причем находка эта не была единственной. По словам профессора Дж. Перчински из университета в штате Северная Каролина (США), сделанный по аналогу античного образца прибор мог работать в качестве батарейки в течение 18 дней.
Багдадская находка — настоящий гальванический элемент
Разумеется, утверждение, что парфяне — извечные соперники римлян на Востоке, чью культуру мы знаем сравнительно плохо — могли вырабатывать электрический ток, звучит смело. Однако немецкий египтолог Арне Эггербрехт пошел еще дальше. Он уверен, что гальванопластику открыли и использовали в своих целях древние египтяне — в его коллекции имеется небольшая статуэтка египетского бога Осириса, покрытая тончайшим слоем золота. Минимальный возраст фигурки 2400 лет.
Сделав копию статуэтки, Эггебрехт погрузил ее в ванну с солевым раствором золота. Затем соединил десять глиняных кувшинов, аналогичных багдадской батарейке, и подключил этот источник питания к ванне. Через несколько часов на статуэтке осел ровный слой золота. По мнению ученых, на такой трюк способны были, вероятно, и древние мастера — для нанесения гальванического покрытия нужен ток небольшой силы и низкого напряжения.
Таким образом, была доказана правдивость легенды о ювелирах знаменитой царицы Древнего Египта. Однако решение одной загадки, как водится, порождает новые вопросы. Каким образом египтяне открыли электрический ток? Ведь напряжение, равное 0,5 Вольт, нельзя обнаружить без приборов. И как они догадались, что с помощью электричества можно осаждать золото, содержащееся в растворе?..
Источник: Тайны ХХ века, №3, январь 2010, Николай БЕЛ03ЕР0В