La pila: un po’ di chimica

“Ma come descriverò i sentimenti che io, insieme ai miei compagni del corso di filosofia sperimentale a Pavia, provammo il giorno in cui l’immortale Volta, alla nostra presenza, chiamò in vita questa energica potenza! Egli dapprima mise (spiegandone, mentre procedeva, l’ordine e la ragione) in contatto due pezzi metallici diversi, e su di essi una carta inumidita con acqua salata; poi, dopo aver ripetutamente collocato l’uno sull’altro questi accoppiamenti fra due metalli (fissati fra sottili sbarre di vetro) fino al numero di cento coppie, ci mostrò istantaneamente, e ci fece provare, la scintilla elettrica!
Noi eravamo affascinati.
Giacché, sebbene l’apparizione luminosa della scintilla elettrica, come risultato dello sfregamento su vetro o resina, era familiare a tutti noi, come avevano ripetutamente dimostrato gli esperimenti di Nollet e di Cavallo, la produzione del medesimo fenomeno al contatto fra due metalli diversi (un fenomeno non evanescente, bensì continuo fin tanto che la pila rimaneva intatta e la carta umida) era un fatto sensazionale che per lo meno produceva stupefazione.
Pertanto fu che, nell’aula di filosofia meccanica all’Università di Pavia, all’inizio del 1800, l’elettricità voltaica ebbe la sua nascita. Immediatamente, il primo giorno di vacanza, gli studenti che avevano più disponibilità degli altri si diedero da fare a procurarsi da casa un certo numero di soldi, che furono accuratamente lavati, ed un ugual numero di lire. Successivamente essi tagliarono dalle loro tele di lino dei pezzi rotondi, della dimensione delle monete, che vennero imbevuti di sale ed acqua, e così vennero costruite delle pile voltaiche, per produrre e studiare i fenomeni visti, imitando in tale contesto l’esempio del nostro professore.
Tali scene furono troppo sensazionali per non aver lasciato nella memoria una tale sorta di impressione che mi consente, alla distanza di quasi settanta anni, di ricordarle come una cosa di ieri”

(Dall’autobiografia di A. Bozzi Granville , medico che si iscrisse all’Università di Pavia nei primi anni del 1800.)
Ovviamente l’ invidia pervade tutto il mio essere, donando una spiacevole tonalità verdastra al mio incarnato, ogni volta che leggo questo scritto.
Settant’anni dopo e i ricordi sono cosi vivi, le parole così cariche di entusiasmo!
Il seppur fugace confronto con i risultati pedagogici della mia attività di laboratorio sono inevitabili e l’unica cosa che mi consola è che qui si parla dell’immortale Volta!
Basta! Meglio concentrarsi nuovamente sullo splendido strumento scientifico che questo geniale scienziato ha regalato all’umanità. Torniamo quindi a parlare della pila.

Si è già visto come fosse semplice costruirla e lo scritto qui sopra lo dimostra. Con monetine da 5 cent, alluminio, carta assorbente e una soluzione di sale molto concentrata, è possibile costruire la pila di Volta senza bisogno di un laboratorio!
Non altrettanto semplice è la teoria che è alla base di questa straordinaria invenzione.

Gli scienziati ( Ostwald in particolare) accusarono Volta di non aver considerato come prevalente l’aspetto chimico di questo fenomeno e di averne attribuito la causa al solo contatto metallico. Se anche così fosse, questo effetto, che porta il suo nome (Effetto Volta) e che solo in tempi relativamente recenti ha avuto la sua reale spiegazione, sarebbe già sufficiente a dare a Volta un posto di primo piano nella storia della scienza. La scoperta della tensione di contatto, infatti, avrà, nella seconda metà del nostro secolo, un grande sviluppo: su questo principio si basano le giunzioni a semiconduttore che daranno origine all’elettronica dei dispositivi a stato solido.

Sta di fatto però che, leggendo gli scritti di Volta, altri autori (crf P.L.Cavallotti – Galvanotecnica) hanno evidenziato da parte dello scienziato, conclusioni ben più articolate di quelle che Ostwald gli attribuisce.

Vediamole
Conclusioni di Volta ( Lettere a Gren – 1796, e Bib. Brit, 19,274,339 -1802)
•   I conduttori si possono distinguere in secchi o di prima specie ( metalli, piriti e altri minerali, carbone) e umidi o di seconda specie ( soluzioni acide o saline)
•   Tutti i contatti tra i diversi conduttori contribuiscono ad eccitare e a far muovere il fluido elettrico, anche se tra conduttori umidi
•   La forza elettromotrice nasce quando una serie di conduttori, contenenti i due tipi citati ( una serie di contatti) è asimmetrica ( legge di volta)
•   I metalli si distinguono a seconda della loro forza a muovere il fluido elettrico ( serie delle forze elettromotrici)
•   La tensione della pila ( misurata con un elettrometro ) dipende e dalle dimensioni delle superfici di contatto dal tipo e dal numero di celle messe in serie in modo additivo, non dipende dalle superfici che scambiano.
•   Il flusso elettrico ( ora corrente elettrica) dipende dalla presenza di conduttori di seconda specie ben umidi ed attivi e dalle dimensioni delle superfici di contatto.
•   Le reazioni elettrochimiche che si hanno nella pila in azione sono di ossidazione in corrispondenza allo zinco e di riduzione dell’ossidazione in corrispondenza al rame , e devono essere distinte dalle reazioni chimiche spontanee.
C’è quindi la distinzione tra conduttori di prima specie (metalli) e di seconda specie, c’’è la distinzione tra tensione e corrente che avrebbe poi ispirato gli studi di Ohm. Insomma anche se una teoria completa dei fenomeni alla base del funzionamento della pila è di molto posteriore, è indiscutibile l’importanza del contributo di Volta.
Ma allora come funziona questa benedetta pila?
L’argomento è di quelli complessi, e nelle scuole viene spesso relegato alla fine del secondo quadrimestre, quando non è del tutto ignorato. La trattazione che troverete nelle slide qui sotto è elementare. Nella bibliografia ci sono indicazioni per trattazioni più approfondite.