Коллектив авторов - 100 великих научных открытий

Чеканенные картины, золоченые рамы, пластмассовые безделушки, искусно замаскированные под серебряные или бронзовые украшения, гипсовые копии старинных скульптур, для красоты и солидности покрытые бронзой… Все эти вещи имеют кое‑что общее: их делают с помощью гальванопластики.

Что это за техника такая? Если в двух словах — это такой процесс, в ходе которого электричество пропускается через соли металлов, и они распадаются, покрывая своими частичками другие предметы. Ну а если подробнее, все происходит примерно так. Сначала вещица, которую нужно одеть в металлические доспехи, опускается в раствор соли — поскольку такие растворы хорошо проводят ток — и подсоединяется к минусовому полюсу источника, превращаясь в катод. Затем в ту самую жидкость погружаются металлические пластинки, которые подводятся уже к плюсовому полюсу и берут на себя роль анода. Электрическая цепь замыкается, атомы анода и катода заряжаются — первые превращаются в положительные ионы, а вторые в отрицательные, — и тогда положительные ионы металла отрываются от пластинок и мчатся к катоду, у которого имеются лишние электроны. Цепляясь за эти отрицательные частицы, атомы металла снова становятся нейтральными и оседают на поверхности катода (покрываемой вещи).

Данная технология, по мнению историков, была открыта еще до нашей эры. Древнегреческие писатели рассказывали о том, что мастера, служившие при дворе царицы Клеопатры, знали секрет изготовления драгоценных металлов. Возможно, подразумевалось искусство покрывать разнообразные предметы (в частности, те, что использовались в религиозных ритуалах) серебром или золотом. А это и есть гальваника.

Знали о ней и римляне, только применяли не для создания предметов искусства, а с несколько иной целью. Для того чтобы соленая морская вода не растворяла медную обшивку кораблей, предохранявшую суда от ракушечных наростов и жуков‑вредителей, в нее заколачивались гвозди — снова‑таки из меди. И это удивительно, ведь древние люди понятия не имели о химических взаимодействиях между солевыми растворами и металлами.

В 30‑х годах ХХ в. в столице Ирака, городе Багдад, было найдено интересное устройство, происхождение которого можно было отнести к III–II вв. до н. э. Внешне это была просто глиняная ваза высотой 13 см, но внутри нее скрывался цилиндрический сосуд из меди, откуда торчал ржавый железный прут. Ученые высказали догадку, что древние мастера заполняли сосуд раствором щелочи и использовали его в качестве источника тока (позже подобные батареи получили название гальванических элементов — в честь итальянского медика Луиджи Гальвани, открывшего свойство металлов проводить ток). Дабы подтвердить свою гипотезу, исследователи налили в сосуд сначала винный уксус, а потом морскую воду — и в обоих случаях ваза генерировала слабенькое электричество.

Узнав об этих экспериментах, Арне Эггербрехт — специалист по истории Древнего Египта — решил выяснить, не пользовались ли египтяне такими батареями, чтобы золотить разные предметы? Вылепив из гипса копию позолоченного изваяния одного из египетских богов, ученый погрузил фигурку в раствор сульфида золота, после чего с помощью проволоки соединил между собой десяток гальванических элементов, аналогичных багдадскому, и всю цепочку подвел к емкости с раствором. За пару часов фигурка равномерно покрылась тонким слоем золота, и Эггербрехт заключил: за несколько тысяч лет до нашей эры египтяне уже работали с техникой гальваники.

Впрочем, официально эта техника родилась в начале позапрошлого века, после того как российский физик Василий Петров представил самую большую и мощную гальваническую батарею в мире. Устройство включало в себя более 4000 медных и цинковых дисков, размещенных рядами в деревянном ящике и переложенных бумагой с пропиткой из нашатырного спирта. Используя этот прибор, ученый провел множество экспериментов, получая разные металлы из их соединений с кислородом, а также раскладывая на элементы воду, растительное масло, алкоголь и пр. Из этих опытов Петров сделал немало ценных выводов о температуре и напряжении, необходимых для электролиза (распада под воздействием тока) того или иного вещества. Пять лет спустя наработки российского ученого помогли его британскому коллеге Гемфри Дэви выделить пять новых, неизвестных ранее металлов, в том числе калий, кальций и натрий.

Труды Петрова и Дэви вдохновили российского физика Бориса Якоби (1801–1874) делать металлические дубликаты разных предметов, а также покрывать металлом слепки с известных статуй и барельефов методом гальваники — по сути тем же электролизом, выполненным посредством гальванической батареи. В конце 1830‑х Якоби отправил на рассмотрение Петербургской академии наук письмо, где во всех подробностях рассказал о своем методе, а год спустя представил несколько медных копий печатных форм, которые использовались для украшения книг орнаментами. После ученый попытался оформить исключительное право применения гальванопластики на последующие десять лет, однако ведавший этими вопросами Мануфактурный совет посоветовал ему прежде опубликовать материал с описанием метода.

Якоби ничего не оставалось, как последовать этому совету, и в 1840 г. вышло его руководство по гальванопластике, где популярно были изложены основные принципы технологии и возможности ее применения на практике. Основная мысль сводилась к тому, что гальваника базируется на разложении сложных веществ под воздействием тока, который способен выделять атомы металлов из соединений и переносить их на различные объекты.

Пока Якоби занимался книгой, британец Джон Райт экспериментально нашел лучший электролит для покрытия предметов серебром и золотом — этим веществом оказался цианистый калий. Собственно, тестированием электролита занимались коллеги Райта, Джордж и Генри Элкингтоны, и патент они оформили безо всяких проволочек.

Но как бы то ни было, руководство по гальванике, написанное российским ученым, быстро завоевало признание не только на родине, но и за рубежом. В Санкт‑Петербурге открыли предприятие, на котором производили монументальную скульптуру по методу Якоби. Именно на этом заводе был создан богатый декор для Эрмитажа, Зимнего дворца, Исаакиевского собора и московского Большого театра. Кроме того, русские мастера часто возили свои работы, выполненные в технике гальваники, на европейские выставки и неизменно пользовались большим успехом. Самому Якоби французы вручили Большую золотую медаль, в Голландии ему предложили должность корреспондента Общества наук, а в Бельгии и Италии назначили иностранным членом Академий наук.