mercoledì 29 dicembre 2010

LA PILA (The voltaic pile) - Alessandro Volta


IL FUNZIONAMENTO DELLA PILA

Tutti noi sappiamo che cosa siano le pile, o più precisamente le pile secche, con cui funzionano le lampade tascabili, telecomandi e molti giocattoli dei nostri figli.
Per comprendere il funzionamento di una pila - argomento di cui voglio occuparmi in questa pagina - debbo prima ricordare la celebre esperienza di Alessandro Volta.
Si facciano combaciare due dischi che non siano dello stesso metallo (uno, per esempio, di rame e l'altro di zinco) tenuti con due manici isolanti.
Quando si separano i due dischi, si può vedere - mettendoli in contatto con la sferetta dell'elettroscopio a foglie d'oro, che i due dischi sono carichi di elettricità: il rame è carico negativamente e lo zinco positivamente.
L'aspetto interessante dell'esperienza è questo: prima di far combaciare i due dischi, ci si assicura che non portino cariche elettriche; d'altra parte, mentre essi restano in mutuo contatto, sono tenuti con i manici isolanti e quindi non possono ricevere dall'esterno le cariche che, una volta staccati, si manifestano attraverso l'elettroscopio.
L'interpretazione dell'esperienza è perciò la seguente: mentre i due dischi restano in mutuo contatto, dallo zinco passano al rame elettroni (cioè, per quanto abbiamo detta la volta scorsa, cariche elettriche negative).
Il rame che era in origine "scarico" appare perciò, quando si stacchino i dischi, carico negativamente, avendo assunto cariche negative dallo zinco; in modo analogo lo zinco che ha ceduto cariche negative ci appare elettropositivo.


L’EFFETTO VOLTA

Da questa esperienza si può capire facilmente in che cosa consista l’effetto Volta: tutte le volte che due metalli diversi ed elettricamente neutri, vengono posti in contatto reciproco, si caricano di cariche opposte. Non posso soffermarmi troppo a lungo sulla spiegazione dell’effetto Volta.
Possiamo però renderci ragione dì esso se pensiamo che gli elettroni degli atomi di ogni metallo possono essere, per così dire, estratti dal metallo stesso con maggiore o minore facilità.
Ogni metallo ha, cioè, un proprio caratteristico “potenziale di estrazione”; in altre parole, sotto un campo elettrico di opportuna intensità, che è caratteristica di ogni metallo, esso può cedere alcuni elettroni dei suoi atomi.
E' allora chiaro che, ponendo a contatto due metalli diversi (aventi perciò diverso potenziale di estrazione), quello dei due che ha potenziale di estrazione minore lascia liberi alcuni elettroni che vanno a trasferirsi nell'altro: così il primo metallo risulta carico positivamente ed il secondo negativamente.

L'effetto Volta si può riscontrare anche collegando l'uno all'altro più di due metalli diversi, formando cioè quella che si chiama “catena voltaica”; anche in questo caso i due estremi liberi della catena risultano carichi di elettricità dì segno opposto. Una importantissima legge stabilisce che, qualunque siano i metalli intermedi, l'effetto Volta dipende solo dai due metalli estremi. E' chiaro perciò che, comunque sia formata una catena voltaica, se si attacca ai due estremi liberi un filo conduttore, il dispositivo così ottenuto non fornisce corrente elettrica (cioè nel filo non si ha un flusso di elettroni) perchè i due estremi liberi della catena (dai quali dipende l’effetto Volta, cioè il fatto che essi si carichino elettricamente) risultano essere in definitiva i due capi del filo conduttore che attacchiamo alle sbarrette estreme: essi sono cioè dello stesso metallo, quello con cui è formato il filo stesso. E in tali condizioni - già ho sottolineato - l'effetto Volta non si verifica.

Diversamente vanno le cose se almeno uno degli elementi della catena è costituito non da un conduttore metallico, ma da un conduttore elettrolitico (cioè un acido o un sale sciolto in acqua).
Una catena di questo genere si può realizzare, per esempio (come è indicato nella figura della diapositiva), immergendo una sbarretta di zinco (Zn) in una soluzione di solfato di zinco (Zn SO4) che, come insegna la chimica, contiene una certa quantità di particelle cariche positivamente e negativamente (gli zinco-ioni e gli ioni SO4); un setto poroso divide la soluzione Zn S0, dalla soluzione di solfato di rame (Cu SO,), contenente anche essa ioni positivi e negativi: in quest'ultima soluzione è immersa una sbarretta di rame (CU).
In questo modo noi abbiamo costruito una pila.
La sbarretta di zinco, in presenza degli zinco-ioni della soluzione, sviluppa e manda in soluzione essa stessa degli zinco-ioni che sono particelle elettropositive: essa quindi si carica negativamente.
La sbarretta di rame invece riceve i rame-ioni che si trovano nella soluzione in cui è immersa e quindi si carica positivamente.

Questa è la ragione fondamentale, per cui le due sbarrette di metallo diventano i poli di una pila (realizzando così un generatore di corrente), anche se tra gli ioni delle due soluzioni separate dal setto avvengono altre reazioni chimiche delle quali non mi occupo in questo momento.
Se congiungiamo con un filo metallico i due poli della pila che abbiamo descritto, nel filo si avrà un movimento di elettroni verso il polo positivo della pila (dal quale sono attratti); questo movimento non è che un passaggio di corrente elettrica attraverso il filo.

Concludendo, le “pile secche” che ho ricordato all'inizio si ottengono “immobilizzando” le soluzioni liquide che contengono, aggiungendo della segatura o una costanza gelatinosa.


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