Статья: Развитие электрохимических исследований
Отжиг происходит по известному позолотчикам и обычному для них способу.
Приготовление ванны для позолочения составляет новую…часть процесса…
Когда предметы выходят из позолачивающей ванны, их еще раз моют; затем переходят к их окраске способом, употребительным при обычном позолачивании смесей».
В этой же статье приведено описание метода золочения «посредством ртути», и на основании сравнения двух методов сделан вывод, что«предшествующие самому позолочению и последующие операции те же, что и при позолочении посредством ртути (Курсив мой. – Авт.)». Иными словами, именно из способа амальгамирования Элкингтон позаимствовал такую важную методику, во многом определяющую успех всего процесса, как подготовка поверхности изделия перед покрытием.
На основании данных проверки, которую предприняла Комиссия по Нездоровым ремеслам по заданию Парижской Академии наук в 1840–1842 гг., мы определили, что толщина слоя золота, получавшегося путем химического осаждения, достигала, в среднем, 2 мкм, а способом амальгамирования – 20 мкм. Очевидно, что при таких результатах химический способ мог конкурировать с амальгамным только при условии нахождения пути увеличения толщины золотого покрытия.
И все же первоначально братья Элкингтоны связали свои дальнейшие исследования с совершенствованием способа химического золочения, и только случайная встреча Дж. Элкингтона с исследователем-любителем Дж. Райтом заставила их расширить направление работ.
Дело в том, что именно хирургу Дж. Райту приписывают приоритет открытия комплексных цианидных растворов, с введением которых в промышленную практику связывают коренной переворот как в гальванотехнике, так и в гидроэлектрометаллургии.
По данным американского историка химии К. А. Смита [25], идея использовать эти соединения возникла у Райта после того, как он нашел в «Летописях химии» Шееле сведения о растворимости цианидов золота и серебра в цианидах щелочных металлов. Проведя пробный опыт серебрения с использованием в качестве электролита раствор хлористого серебра в желтой кровяной соли:
2AgCl + K4Fe(CN)6 ----- 2K2Ag(CN)3 + FeCl2,
а в качестве источника тока вольтов столб , он провел процесс электрохимического серебрения.
Получив тонкий и одновременно твердый осадок, Райт отправился в Лондон, чтобы запатентовать свое изобретение (1840 г.). Там и произошла его встреча с Дж. Элкингтоном, в результате которой он был приглашен в Бирмингем для продолжения исследования процессов золочения и серебрения из цианидных растворов. Совместная работа увенчалась успехом, и 25 марта 1840 г. братья Г. и Дж. Элкингтоны получили патент под названием «Способы посеребрения и позолочения меди, латуни, железа и т. п.». (Дж. Райт в патент включен не был, так как уступил Элкингтонам свои авторские права.) Впоследствии этот патент послужил главным основанием для присуждения Дж. Элкингтону как одному из изобретателей электрохимического золочения премии Парижской Академии наук.
Рассмотрим этот патент с целью выявления возможных точек пересечения традиций в исследованиях Элкингтонов. Для этого приведем его формулу так, как она была заявлена владельцами: «Первая часть нашего изобретения… покрытие меди, латуни и т. д. серебром, причем серебро плавится на поверхности подлежащего покрытию металла… Вторая часть… состоит в покрытии или плакировке определенных металлов серебром простым применением раствора серебра или такового в соединении с гальваническим током… Третья часть.., состоящая в покрытии или плакировке золотом как при помощи простого применения раствора золота, так и этого раствора в соединении с гальваническим током… Четвертая часть относится к подготовке железа… ».
Как следует из описания изобретения, Элкингтоны патентовали три различных процесса покрытия, причем два последних – серебрение и золочение,– заявки на которые содержатся в пп. 2 и 3 формулы, аналогичны по своей методике. Процесс серебрения по п.1 состоит из следующих стадий:
1) очистка (обычным способом);
2) предварительное серебрение без применения гальванического тока (или по способу, запатентованному Г. Элкингтоном 4 декабря 1837 г., или с помощью горячего раствора азотнокислого серебра);
3) прокаливание изделия (для удаления излишков азотной кислоты);
4) оплавление (в расплаве буры) с целью получения блестящего, твердого, хорошо сцепленного с медной основой покрытия;
5) обработка кипящим раствором серной кислоты (для удаления приставшей буры);
6) окончательное отбеливание покрытия (повторным прокаливанием и обработкой кипящей серной или соляной кислотой) или нанесение тонкого слоя серебра с помощью гальванического тока.
Важно подчеркнуть, что применение гальванического тока на последней стадии не имеет самостоятельного значения. Вероятно, и сами исследователи не придавали электролизу слишком большого значения, так как не включили эту операцию в окончательный вариант п.1 формулы.
Аналогичным образом рассмотрим методики золочения и серебрения по пп.2 и 3 формулы. При описании основной операции – нанесения покрытия – отмечено: «Если, как при обычном серебрении, требуется только тонкий слой серебра, то мы предпочитаем применять раствор в кипящем виде, и покрытие образуется…в несколько секунд (до одной минуты),.. для этой степени посеребрения гальванической батареи не требуется. Но если желательно более толстое серебрянное покрытие.., то мы предпочитаем тот же самый раствор применять в холодном виде, и получаем тогда более толстый слой серебра с помощью гальванического тока».
Рассмотрим далее применявшуюяся Элкингтонами аппаратурную схему.
Из ряда работ следует, что в гальваностегии первыми «постоянные батареи» применили Элкингтоны. Чтобы проверить это, нами, по данному в патенте описанию, была проведена реконструкция применявшегося ими аппарата, показавшая, что на самом деле Элкингтоны пользовались «простым гальванопластическим аппаратом», и первое применение в гальваностегии «постоянных батарей» им приписывают ошибочно. По-видимому, первым в гальваностегии разделенную схему ввел Ф. К. Эльснер.
Таким образом, из анализа технологической схемы и аппаратурного оформления процесса нанесения покрытий, использовавшихся Элкингтонами, следует, что применение гальванического тока в нем было необязательным и не имело самостоятельного значения. По нашему мнению, сделать решающий шаг в этом вопросе Элкингтонам помешала слишком сильная связь с практической традицией нанесения металлических покрытий.
Рассмотрим обстоятельства изобретения гальванического золочения Анри де Рюольсом. Утверждают, что гальваностегией потомственный дворянин де Рюольс занялся случайно, когда, окончательно разорившись и пытаясь поправить свои финансовые дела, сначала написал оперу, не имевшую успеха у слушателей, а затем заинтересовался процессом гальванического золочения. (Однако, это по-видимому, было не столь уж случайно, поскольку он получил химическое образование, а, значит, – принадлежал к научной традиции).
Пытаясь найти способ золочения филигранных серебряных изделий, которые деформировались при нагревании, а потому не могли быть подвергнуты амальгамированию, он случайно увидел статью де ла Рива в «Библиотеке Женевского университета». Заинтересовавшись ею, де Рюольс попытался усовершенствовать предложенную последним методику. Он испытал шесть различных электролитов, потенциально пригодных для этой цели: 1. Раствор цианида золота в цианиде калия (AuCN в KCN); 2. Раствор цианида золота в желтой кровяной соли (AuCN в K4[Fe(CN)6]); 3. Раствор цианида золота в красной кровяной соли (AuCN в K3Fe(CN)6); 4. Раствор хлористого золота в тех же комплексных цианидных соединениях; 5. Хлорид золота–хлорид натрия, растворенный в «углекислом бикарбонате» натрия (по-видимому, NaAu(Cl)4 в Na2CO3 или NaHCO3); 6. Сернистое золото, растворенное в сернистом калии (K3[AuS2]).
Отметим, что уже в 1841–1844 гг. эти растворы были испытаны Эльснером, который установил, что лишь два из них: №1 – дицианоаурат калия – KAuCN2 и №2,– дают осадки золота хорошего качества. Вывод Эльснера, по существу, задал направление дальнейших исследований в области электрохимического золочения.
Проведенный нами анализ работ де Рюольса показал, что его основная заслуга состоит в том, что он впервые осуществил чисто гальванический процесс. Иными словами, именно Рюольс впервые разработал такую практическую методику получения металлических покрытий, в которой центральная операция – осаждение металла – полностью основана на электрохимическом действии электрического тока.
Другая заслуга Рюольса в том, что он также впервые показал широчайшие возможности электрохимического метода нанесения покрытий. Начав с золочения изделий из серебра, меди и ее сплавов, он перешел позже к обработке нейзильбера, а также железа, стали и олова, которые предварительно покрывал тонким слоем меди. Наконец, он показал применимость электрохимического способа к получению серебрянных, платиновых, медных, кобальтовых, никелевых, цинковых, оловянных и свинцовых покрытий.