Voltasøyle

Voltasøylen er forløperen til vår tids elektriske batteri. Den ble oppfunnet av den italienske fysikeren Alessandro Volta, som offentliggjorde sine oppdagelser i en avhandling til Royal Society den 20. mars 1800. Den er den første, praktiske konstruksjon av en galvanisk celle.

Slik virker voltasøylen

Tegningen til høyre viser de vesentligste delene av en voltasøyle med seks celler: Hver enkelt celle (1) består typisk av en kobberskive (2) og en sinkskive (6), med en skive (5) av papp eller lær vætet i en svakt sur eller basisk oppløsning lagt mellom metallskivene. Andre metaller kan også brukes, for eksempel sølv og tinn, men med de viste metallene gir hver enkelt celle en elektrisk spenning på omkring 1,1 volt. Ved å stable dem som her (bemerk at kobbersiden av den ene cellen ligger mot sinksiden av den neste) oppnår man en seriekobling, slik at man ved den negative og positive terminalen (3 og 4) kan «tappe» summen av de enkelte cellers spenning.
Der oppløsningen i pappskivene kommer i berøring med en sinkskive, oppløses en del av sinken: Noen av sink-atomene avleverer to elektroner til den gjenværende del av sinkskiven, og blir selv til positivt ladede sink-ioner: I motsetning til fritt, metallisk sink kan disse ionene vandre gjennom oppløsningen i pappskiven og nå frem til kobberskiven. Når ionene etterlater to elektroner til sinkskiven og ankommer positivt ladet til kobberskiven, oppstår det en elektrisk spenning mellom de to metallskivene, og hvis man forbinder søylen til et elektrisk kretsløp, får de etterlatte elektronene mulighet til å nå frem til kobberskiven og utligne ladningsforskjellen.

Historie

Omkring 1786 hadde Voltas landsmann Luigi Galvani oppdaget at man kan få dissekerte ben fra frosker til å bevege seg ved å berøre dem med to redskaper laget av forskjellige metaller. På Galvanis tid hadde man en teori om at det krevdes en spesiell «livskraft» for å danne organiske kjemiske forbindelser, så Galvani var helt overbevist om at det fenomenet han hadde oppdaget, skyldtes såkalt «dyrisk elektrisitet», som ifølge ham var knyttet til selve froskebenet snarere enn til metallredskapene.
Volta var uenig med Galvani, og de to diskuterte ivrig emnet inntil Galvanis død i 1798. Volta hadde allerede i 1790 påvist den såkalte «galvanisme»; at elektrisitet kunne skapes ved at to metaller kom i berøring med hverandre. Volta mente at forklaringen nettopp lå i at det skulle brukes to forskjellige metaller i Galvanis forsøk, og ved forsøk med metallstenger i vinkarafler med oppløsninger fant han ut at det mest effektive par av metaller var sølv og sink. Senere forbedret han systemet ved å bruke metall i flate skiver i stedet for stenger, erstattet karaflene med pappskiver vætet med oppløsningen, og serieforbandt cellene ved å stable dem. Hvis en enkelt voltasøyle ble så tung at vekten presset oppløsningen ut av de nederste cellene, kunne man også serieforbinde flere mindre søyler.

Kontaktspenning?

Voltasøylen motbeviste ugjenkallelig Galvanis teori om dyrisk elektrisitet, så man måtte finne en annen forklaring på hvordan froskeben og våt papp kunne skape elektrisk strøm sammen med de to metallene. Volta fremla selv en teori om såkalt kontaktspenning; et fenomen som angivelig skulle finne sted der hvor to forskjellige metaller berører hverandre direkte — denne teorien er i dag forkastet til fordel for den elektrokjemiske forklaringen.

Elektrisitetens muligheter

Med voltasøylen hadde vitenskapen og verden generelt fått sin første kilde til kontinuerlig elektrisk strøm: Det åpnet døren for elektrisitetens tidsalder, og for en helt ny kjemisk disiplin; elektrokjemi. Sir Humphry Davy brukte voltasøylen til elektrolyse-eksperimenter hvor han, som den første, isolerte metallene natrium, kalium, barium, strontium, kalsium og magnesium. Den 20. mars 1800, dagen da Volta offentliggjorde sin oppfinnelse, betraktes som elektrokjemiens fødselsdag, og SI-enheten for elektrisk spenning, volt, er oppkalt etter ham.