Αλεσάντρο Βόλτα: Μια “βόλτα” στην ιστορία της ηλεκτρικής μπαταρίας

Αλεσάντρο Βόλτα: Ο σπουδαίος Ιταλός φυσικός ήταν ένας από τους πιο σημαντικούς εφευρέτες στην ιστορία, αφού ήταν αυτός που ανακάλυψε ένα από τα σημαντικότερα στοιχεία της σύγχρονης ζωής, την ηλεκτρική μπαταρία. Η σημαντικότητα του αποτυπώνεται και στο γεγονός ότι το όνομα του δόθηκε στη μονάδα μέτρησης της τάσης του ηλεκτρικού ρεύματος. Το ηλεκτρικό ρεύμα είναι ίσως το σημαντικότερο στοιχείο για την εξέλιξη της ανθρωπότητας και το ότι η μέτρηση της τάσης του γίνεται με το όνομα του Βόλτα είναι ενδεικτικό της σπουδαιότητας του.

Γεννήθηκε και σπούδασε στο Κόμο (Como) του Πελεντριου. Οι γονείς του Φίλιππος Βόλτα Filippo Volta) και η Maria Maddalena Inzaghi, τον έστειλαν σε χριστιανικό σχολείο με σκοπό να γίνει δικηγόρος. Το 1774 έγινε καθηγητής της φυσικής στο γυμνάσιο του Κόμο. Το πάθος του ήταν πάντα η μελέτη της ηλεκτρικής ενέργειας και ενώ ακόμα ήταν νέος σπουδαστής έγραψε και ποίημα στα λατινικά σε αυτήν την συναρπαστική νέα ανακάλυψη. Το πρώτο επιστημονικό έγγραφό του, είχε τον τίτλο De vi attractiva ignis electrici ac phaenomenis inde pendentibus. Πολύ νέος δημοσίευσε την πρώτη του πραγματεία πάνω στη «λουγδουνική λάγηνο», έναν νέο βελτιωμένο τύπο ηλεκτροσκοπίου.

Το επίτευγμα αυτό του χάρισε τον τίτλο του καθηγητή φυσικής στη γενέτειρά του, το Κόμο, αλλά και τον τίτλο του επίτιμου μέλους της Βασιλικής Εταιρείας του Λονδίνου.

Το 1778 ανακάλυψε και απομόνωσε το αέριο μεθάνιο (CH4). Η επόμενη επινόησή του ήταν το «ηλεκτροφόρο», δηλαδή δύο μεταλλικές πλάκες, η μία από εβονίτη και η άλλη με μονωτική λαβή που αλληλοφορτίζονταν θετικά και αρνητικά. Κατ’ ουσίαν αυτή ήταν η πρώτη μπαταρία. Ακολούθησαν οι ανακαλύψεις του ευδιόμετρου, του «ηλεκτρικού πιστολιού», της άσβηστης «λυχνίας υδρογόνου» και ως επακόλουθο η έδρα φυσικής το 1779 στο πανεπιστήμιο της Παβίας. Το 1780 ο Λουίτζι Γκαλβάνι, φίλος του Βόλτα, ανακάλυψε ότι η επαφή δυο διαφορετικών μετάλλων, μέσω του ιστού ενός βατράχου, είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία ηλεκτρικού ρεύματος.

Ο Βόλτα άρχισε να πειραματίζεται το 1794 χρησιμοποιώντας μόνο τα μέταλλα και διαπίστωσε ότι ο ζωικός ιστός δεν ήταν απαραίτητος για την παράγωγη του ηλεκτρικού ρεύματος και το 1800 κατάφερε να κατασκευάσει την πρώτη ηλεκτρική (βολταϊκή) στήλη (μπαταρία) Το 1801 παρουσίασε την ηλεκτρική στήλη του στο Μέγα Ναπολέοντα, ο οποίος τον ανακήρυξε Κόμη και Γερουσιαστή στο Βασίλειο της Λομβαρδίας. Το 1815 ο αυτοκράτορας της Αυστρίας τον όρισε διευθυντή της Φιλοσοφικής Σχολής του Πανεπιστημίου της Πάντοβα.

Η μπαταρία που δημιουργήθηκε από τον Βόλτα πιστώνεται ως το πρώτο ηλεκτροχημικό κελί. Αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια: ένα κράμα ψευδάργυρου και το άλλο από χαλκό. Ο ηλεκτρολύτης είναι είτε θειικό οξύ που αναμειγνύεται με νερό ή άρμη. Ο ηλεκτρολύτης υπάρχει με τη μορφή 2H+ και SO42−. Ο ψευδάργυρος, που είναι υψηλότερος στην ηλεκτροχημική σειρά τόσο από τον χαλκό και τον υδρογόνο, αντιδρά με το αρνητικά φορτισμένο θειικό άλας (SO42−). Τα θετικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου (πρωτόνια) συλλαμβάνουν ηλεκτρόνια από το χαλκό, σχηματίζοντας φυσαλίδες αερίου υδρογόνου, H2.

Έτσι, υπάρχουν δύο πόλοι και ηλεκτρικό ρεύμα δεν θα ρέει εάν είναι συνδεδεμένοι. Οι χημικές αντιδράσεις σε αυτό το βολταϊκό κύτταρο έχουν ως εξής:

Ψευδάργυρος:

Zn → Zn2+ + 2e−

Θειικό οξύ:

2H+ + 2e− → H2

Ο χαλκός δεν αντιδρά, αλλά μάλλον λειτουργεί ως ηλεκτρόδιο για το ηλεκτρικό ρεύμα. Ωστόσο, αυτή κυψελίδα έχει επίσης μερικά μειονεκτήματα. Δεν είναι ασφαλής στην χρήση, δεδομένου ότι το θειικό οξύ, έστω και αραιωμένο, μπορεί να είναι επικίνδυνο. Επίσης, η ισχύς του κυττάρου ελαττώνεται με την πάροδο του χρόνου, επειδή το αέριο υδρογόνο δεν απελευθερώνεται. Αντ’ αυτού, συσσωρεύεται στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου ψευδαργύρου και σχηματίζει ένα φραγμό μεταξύ του μετάλλου και του διαλύματος του ηλεκτρολύτη (πόλωση της μπαταρίας). Προς τιμήν του έργου του, ο Ναπολέων Βοναπάρτης τον έχρισε Κόμη το 1810. Απεικονίζεται στο χαρτονόμισμα των 10.000 Ιταλικών λιρετών μαζί με ένα σχέδιο του βολταϊκού σωρού.

Ο Βόλτα αποσύρθηκε το 1819 στο κτήμα του στο Καμνάγκο, μιας συνοικίας του Κόμο, στην Ιταλία, που τώρα ονομάζεται “Καμνάγκο Βόλτα” προς τιμήν του. Πέθανε εκεί στις 5 Μαρτίου 1827, αμέσως μετά τα 82α γενέθλιά του. Τα λείψανά του ενταφιάστηκαν σε εκείνη την περιοχή. Η κληρονομιά του Βόλτα κληρονομιά εορτάζεται από το μνημείο του “Ναού” του Βόλτα που βρίσκεται στο δημόσιο κήπο δίπλα στη λίμνη. Υπάρχει επίσης ένα μουσείο το οποίο έχει δημιουργηθεί προς τιμήν του, στο οποίο υπάρχει ένα μέρος του εξοπλισμού που ο Βόλτα είχε χρησιμοποιήσει για τη διεξαγωγή πειραμάτων. Σε κοντινή απόσταση βρίσκεται η Βίλα Όλμο όπου στεγάζεται από το Ίδρυμα Voltian, μια οργάνωση που προωθεί επιστημονικές δραστηριότητες. Διεξάγονται πειραματικές μελέτες του Βόλτα και οι πρώτες εφευρέσεις του, κοντά στο Κόμο.