Александр Степанович Савельев

Александр Степанович Савельев

Возникновение электрохимии связано с развитием физики. В России были талантливые учёные, которые, занимаясь изучением химических процессов в гальванической цепи и электролитической ванне, многим способствовали развитию научно-обоснованных взглядов на сущность электрохимических процессов. Например, русским учёным — физикам академикам В. В. Петрову (1761 — 1834) и Б. С. Якоби (1801 — 1874) принадлежат исключительные заслуги в области развития электрохимии. Однако середина XIX в. ещё недостаточно освещена в истории российской науки. В этой статье рассказывается о российских профессорах: Александре Степановиче Савельеве и Василии Ивановиче Лапшине, выдающихся исследователей в области электрохимии.

С А. С. Савельевым связана интересная страница из истории электрохимии. Он родился в 1820 г. в Петербурге в купеческой семье. Отец Александра Степановича, не обладавший пристрастием к торговле, всё время проводил за книгами, журналами и газетами. А когда стали подрастать его два сына, сам принялся учить их русской грамоте, арифметике и языкам немецкому и французскому. Старший брат Александра, Павел Степанович, стал впоследствии выдающимся русским ориенталистом и археологом.

В 1840 г. А. С. Савельев закончил курс Петербургского университета со степенью кандидата математических наук. Очевидно, по совету брата, члена Русского Географического общества, он принимает участие в экспедиции, организованной Академией наук, для исследования полуострова Канина и острова Колгуева. Начальником экспедиции был директор ботанического музея АН доктор Рупрехт, впоследствии академик. Александр Степанович вёл геофизические наблюдения, в частности, по земному магнетизму. Своё путешествие по Белому морю и Ледовитому океану они совершили на «кочмаре» — небольшом трёхмачтовом палубном судне. В 1841 г. в АН был сделан отчёт об экспедиции Рупрехта и Савельева. Безусловно, отправляясь в эту экспедицию, А. С. Савельев находился под влиянием и своего учителя акад. Э. X. Ленца, который также занимался геофизикой.

После возвращения из экспедиции Александр Степанович начинает работать над магистерской диссертацией на тему: «О явлениях поляризации в гальванической цепи». В июле 1845 г. он. получил степень магистра философии, а в январе 1846 г. был определён в Казанский университет в качестве адъюнкт-профессора по кафедре физики и физической географии, заменив проф. Кнорра. В 1850 г. он был представлен факультетом к должности экстраординарного профессора, но не был утверждён за отсутствием у него докторской степени. Одновременно с педагогической деятельностью Александр Степанович усиленно разрабатывал свою докторскую диссертацию на тему: «О гальванической проводимости жидкостей». С 16 марта 1854 г. А. С. Савельев — доктор химии и физики. Это первый профессор Казанского университета, получивший учёную степень в России. В мае 1854 г. он избирается ординарным профессором, но, в утверждении ему было отказано.

В 1855 г. Александр Степанович был переведён в Московский институт, где читал сравнительно небольшой курс физики. Здесь он не оставил следов своей научно-педагогической деятельности и в 1857 г. переехал из Москвы в Петербург, где преподавал в различных военно-учебных заведениях.

Если в Петербурге в своей экспериментальной работе он пользовался оборудованием физического кабинета Петербургского университета, то в Казани он мог проводить исследования благодаря тому, что в его ведении находился ещё более оборудованный физический кабинет университета. Здесь проф. Кнорру удалось сконструировать прибор для автозаписи температуры в течение суток. Такой прибор не удалось осуществить в Англии Уитстону.

Таким образом, самописцы впервые в мире были сконструированы в физическом кабинете Казанского университета.

А. С. Савельев, используя все возможности, хорошо оборудовал кабинет для своих электрохимических работ, и имел здесь уже свои приборы. Ученого в его исследованиях интересовал главный вопрос: электропроводность водных растворов.

Этот раздел электрохимии находился тогда в руках физиков, которые, исследуя электропроводность твёрдых тел, подходили и к электропроводности жидкостей с той же точки зрения. Их интересовал вопрос о влиянии протяжённости жидкости, находящейся в длинном сосуде, на электропроводность, роль сечения сосуда в электропроводности жидкости, значение формы сосуда и т. д. Это был чисто механический подход, который давал возможность накопить ряд экспериментальных данных, но мало способствовал выяснению основной причины электропроводности водных растворов электролитов.

В 1806 г. Фёдор Гротгус (1785—1822), родившийся и проживавший в России, опубликовал свою теорию электропроводности. Он представлял себе электропроводность так: «Возьмем малое количество воды, — писал он, — которая состоит из кислорода (—), и из водорода (+). При прохождении тока через ячейку начинает проявляться электрическая полярность между атомами.

Таким образом, Гротгус впервые высказал предположение о существовании заряженных атомов, или ионов, в растворе, но считал, что ионы в растворе существуют только лишь в момент прохождения тока и не передвигаются свободно внутри жидкости, а перескакивают под действием поля от одной молекулы к другой, вследствие чего между электродами создаётся цепочка из распавшихся и вновь образовавшихся молекул.

Выдающиеся исследования Сванте Аррениуса, высказавшего в 1887 г. теорию электролитической диссоциации, в основе которой лежит представление, что вода расщепляет молекулы солей, кислот и щелочей на ионы, вне зависимости от пропускания электрического тока, имели свою предысторию и в работе А. С. Савельева, который в 1853 г. в своей докторской диссертации: «О гальванической проводимости жидкостей», опубликованной в Казани и в 1855 г. в Берлине писал: «мы с большою вероятностью должны принять, вопреки мнению Фарадея, то положение, что прохождение тока через жидкость всегда сопровождается разложением.

Таким образом, ученый объясняет проводимость растворов их разложением. Он обращает внимание на проводимость при помощи продуктов разложения — частиц, т. е. ионов, утверждая, в противоположность теории Гротгуса, что эти частицы движутся свободно. Особенно подчёркивается А. С. Савельевым роль концентрации в электропроводности растворов.

Как показывает история изучения электропроводности растворов, ни один из исследователей прошлого не дал способа для точного её определения. Только исследования академика Э. X. Ленца и впоследствии его сына Р. Э. Ленца — профессора физики Петербургского технологического института, дополненные Кольраушем, позволили дать схему современного метода определения электропроводности растворов. В разработке современной схемы электропроводности растворов выводы А. С. Савельева имели большое значение.

В 1840 г. академик Э. X. Ленц для измерения электропроводности применил два новых тогда прибора: «Агометр» — реостат, изобретённый акад. Б. С. Якоби и одновременно Уитстоном в Англии, и «мультипликатор» — тангенс-гальванометр, изобретённый в 1833 г. в Хельсинки проф. Нервандером. Тогда не существовало каких-либо единиц для определения электропроводности, поэтому в 1838 г. Ленц принял за единицу при её измерении сопротивление 1 фута медной проволоки сечением 0.0008856 кв. дюйма при T=15°R. Эталон Ленца приблизительно равен 0.417 ома.

«Агометр» представлял собою мраморный цилиндр, насаженный на медную ось. На поверхность цилиндра наматывалась проволока из нейзильбера, один оборот проволоки соответствовал сопротивлению эталона. Для определения сопротивления жидкости, Ленц поступал следующим образом. Он пропускал ток от батареи элементов Даниеля через испытуемую жидкость, гальванометр и агометр. Раствор находился в длинном четырёхугольном сосуде, куда погружались металлические электроды. Посредством вращения вала агометра стрелка гальванометра доводилась до определённого отклонения, а затем жидкость выключалась из цепи, сопротивление изменялось, но посредством увеличения числа оборотов агометра стрелка гальванометра доводилась до значения первоначального отклонения. По формуле, предложенной Ленцем, определялось сопротивление столба жидкости по отношению к меди, сопротивление которой принималось за единицу.

А. С. Савельев не был полностью согласен с методом Э. X. Ленца. В 1853 г. В труде:«О гальванической проводимости жидкостей» он писал: «Первым основанием труда послужило огромное количество наблюдений, произведённых за несколько лет с целью чисто практическою, а именно — определить гальваническую проводимость серной кислоты при различных степенях её концентрации и также сравнительно с нею найти проводимость некоторых других жидкостей. Наблюдения произведены были очень тщательно и могу смело сказать с такою точностью, с какою до того времени проводимость жидкостей никем не была определяема. Но я не решился сделать эти наблюдения известными по той причине, что мой способ определения проводимости, оказался не точным в своём основании. Несколько лет прошло — и по тому же самому предмету явились исследования других учёных, исследования, относительно точности, не имевшие никаких преимуществ перед моими». И А. С. Савельев решил опубликовать свои исследования на 180 печатных страницах «Учёных записок» Казанского университета.

Численное значение электропроводности тогда выражалось не в обратных омах, а относительно эталона, принятого за единицу. Таким эталоном являлась медь, сопротивление которой принималось за единицу. В своих исследованиях по электропроводности Александр Степанович встретился с побочным явлением, мимо которого он не мог пройти, а именно с поляризацией электродов. Впервые он обратил внимание на это явление при измерении электропроводности с применением постоянного тока и убедился, что поляризация электродов приводит к ошибочным результатам. Однако ученый ещё задолго до этих исследований занимался изучением явлений поляризации.

В 1845 г. Александр Степанович опубликовал свою магистерскую диссертацию на тему: «О явлениях поляризации в гальванической цепи».

Впервые явление поляризации открыл Риттер, однако ряд выдающихся физиков того времени, среди них Фехнер, Марианини, Деларив, считали, что поляризация не существует, а есть некоторая сила сопротивления при переходе тока с электродов в раствор, но А. С. Савельев был не согласен с этим. «Поляризация как мы видели, — писал ученый, — происходит от того, что газы изменяют электроды и делают их разнородными таким образом, что анод делается электроотрицательным в отношении к катоду и обратно».

В 1840 г. голландский физик Форсельман де Геер тоже доказывал, что существует поляризация, но он совершил ошибку в применении формулы Ома, так как не учёл в ней противоположно направленную электродвижущую силу поляризации электродов. Ошибочный подход Форсельмана де Геера вызвал возражения А. С. Савельева. Александр Степанович в своих исследованиях пытался определить величину поляризации.

Большая заслуга А. С. Савельева заключается также и в том, что он впервые открыл возможность электрохимического выпрямления переменного тока в постоянный ток. В своей работе: «О явлениях поляризации в гальванической цепи» Александр Степанович писал: «…я находил, что если через электроды некоторое время пропускать гидроэлектрический ток, хотя даже одной пары Даниеля, но только по одному направлению, то эти электроды получают способность пропускать магнитоэлектрический ток по одному направлению гораздо удобнее, нежели по противному, именно: по тому направлению, по которому шёл гидроэлектрический ток они представляют гораздо большее сопротивление».

Первое применение магнитоэлектрических токов, т. е. токов, возбуждаемых динамомашиной, нужно отнести к 1832 г., когда анонимный автор, скрытый под инициалами П. М., в своём письме к Фарадею сообщил о применении этих токов для электролиза. Машина П. М. и была первым генератором. Впоследствии появился целый ряд конструкций машин. Академик Э. X. Ленц работал с машинами Клерка и Штерера. В Казани у Савельева были машины Вебера и Эттинсгаузена, более примитивные по своей конструкции.

Исследование, связанное с открытием возможности выпрямления переменного тока, относится к тому периоду, когда Савельев работал с машинами, принадлежавшими Ленцу. С этих машин можно было снимать переменный ток, что подтверждается описанием акад. Ленцем электролиза воды при помощи магнитоэлектрического тока: «Направление наводимых токов беспрерывно переменяется, попеременно является то пузырёк водородного, то кислородного газа».

Таким образом, А. С. Савельев открыл возможность выпрямления переменного тока, однако он не придал своему открытию особого значения, рассматривая эту возможность только с теоретической точки зрения.

6 мая 1860 г., в возрасте 40 лет А. С. Савельев скончался в Петербурге. За свою короткую жизнь он сделал интересные научные работы и по праву является одним из основателей русской теоретической электрохимии.

А. С. Савельев опубликовал некоторые свои работы в Бюллетенях Российской Академии Наук. Содержание большинства его работ изложено в его диссертациях.