20 Marzo 1800: Volta inventa la pila

INTRODUZIONE
Alessandro Volta 218 anni fa annunciò l'invenzione della pila come risultato degli esperimenti condotti.
Comunicò tale invenzione in un saggio inviato poi a Joseph Banks, presidente della Royal Society di Londra: questa associazione scientifica britannica era nata con lo scopo di promuovere le scoperte nell'ambito scientifico (ad oggi è la più antica associazione accademica esistente).

CC0 Creative Commons, Alessandro Volta, Fonte
Nel suo saggio il fisico italiano presentò la sua scoperta, non prima però di essersi scusato per il troppo tempo trascorso dall'ultima occasione in cui avesse contattato la Royal Society: Volta infatti non era alla prima esperienza al cospetto di tale accademia, poiché nel 1782 aveva esposto il suo elaborato riguardante il condensatore.

LA PILA
Volta descrisse la sua invenzione nella lettera come un qualcosa di facilmente ricostruibile: essa era costituita essenzialmente da una colonna di vari elementi conduttori sovrapposti ed alternati; questi erano dischi di rame o preferibilmente argento che si intervallano con altrettante componenti di zinco o stagno con in mezzo un liquido o umore con caratteristiche di ottimo conduttore (come un cartone imbevuto di acqua salata).
Un disco di rame, il conduttore centrale ed il disco di stagno rappresentavano l'"elemento voltaico".
Infine, collegando l'estremo superiore con quello inferiore della struttura appena descritta con un conduttore elettrico, si creava un circuito in cui passava corrente continua. Volta chiamò inizialmente la pila Organo elettrico artificiale.
L’inventore non celebrò la sua creazione come un fulmine a ciel sereno, ma come un'evoluzione di ciò di cui si era già a conoscenza (essenzialmente Volta si riferisce alla Bottiglia di Leida, un apparecchio con la capacità di dare un'unica breve scarica elettrica, ma che aveva bisogno di essere caricata prima di ogni uso). L'elemento rivoluzionario infatti fu che la "sua" pila potesse generare corrente ogni volta che si unissero i due poli con un mezzo conduttore e senza aver bisogno che essa fosse caricata prima, per mezzo di elettricità estranea.
Aspetto molto piacevole nel saggio è il paragone che il fisico italiano propone più volte tra la sua invenzione e la torpedine: la sua pila non è altro che la creazione artificiale di un qualcosa che in natura già esiste.
Viene anche spiegato nella lettera di come la potenza della pila aumentasse in modo proporzionale all'incremento del numero di elementi voltaici: il fisico italiano propose il suo esperimento con soli 20 piatti, ma spiegò che con una colonna con 50 dischi l’intensità sarebbe aumentata. Volta spiegò anche che la costruzione di un organo elettrico artificiale molto alto (80-100 elementi) fosse molto difficile da costruire e così propose la soluzione di formare l'apparecchio con un numero molto grande di piatti dividendo la singola colonna in due o più colonne, in cui i pezzi avessero tutti le loro posizioni e comunicazioni rispettive, come se fossero una sola colonna.

CC0 Creative Commons, La pila di Volta, Fonte

COME VOLTA HA SCOPERTO LA PILA
Il fisico arrivò alla propria scoperta partendo da una serie di tazze: queste erano state poste in riga e riempite per metà di acqua salata. Come collegamento tra i liquidi di due tazze consecutive aveva immerso una barretta a forma di ferro di cavallo, non omogenea: una metà di essa, ovvero quella che era immersa nella prima tazza, di rame e la seconda, quella immersa nella tazza successiva, di zinco. Così facendo ogni tazza, escluse la prima e l'ultima, avevano una metà di una barretta in zinco in entrata che arrivava dalla precedente ed una metà di rame che andava nella successiva.
Nella lettera si ritrova la scrupolosità di Volta nell'analisi e nella ricerca del dettaglio: il punto di giunzione dei due metalli nella stessa barretta non è necessario che sia esattamente a metà di essa, ma è importante che si trovi fuori dall'acqua e che sia di un certo spessore (mezzo pollice). La prova dello scorrere della corrente fu facilmente dimostrabile: era sufficiente immergere una mano in una tazza e l'altra in una diversa tazza sufficientemente distante dalla prima per percepire sulla propria pelle una leggera "commozione"; ovviamente l'intensità sarebbe stata maggiore con l'incremento della distanza tra le tazze messe in contatto. Detto questo è di facile comprensione che l'aumento di intensità nella pila a colonna è proporzionale all'aumento di elementi voltaici.
L'esperimento con le tazze fu denominato da Volta "Apparecchio a corone di tazze".

CC0 Creative Commons, L'apparecchio a corone di tazze, Fonte

FUNZIONAMENTO ELETTROCHIMICO
Detto tutto questo, qual è la spiegazione elettrochimica di tutto ciò?
L'organo elettrico artificiale di Volta è, come le celle galvaniche, uno strumento che grazie a reazioni chimiche spontanee riesce a generare energia elettrica. Tra i due elettrodi metallici di ogni elemento voltaico si genera una differenza di potenziale. Ogni elemento conduttore, elettrodo, rilascia ioni metallici positivi nell'acqua salata, assumendo così un potenziale negativo.
La differenza di potenziale che si genera fra elettrodo e soluzione varia a seconda della natura del metallo di cui è fatto l'elettrodo. Volta durante la sua sperimentazione fece uso di zinco e stagno: è possibile misurare che nello zinco vi è un potenziale negativo maggiore in valore assoluto rispetto a quello che si trova nel rame. Così collegando i due elettrodi con un conduttore si verifica uno spostamento di elettroni dal polo di carica negativa a quello di carica positiva (dallo zinco al rame nel caso della pila di Volta) e dunque una corrente elettrica di verso opposto.

Bibliografia
1.Lettera di Alessandro Volta a Joseph Banks in lingua italiana (traduzione)
2.Nozioni di Elettrochimica
3.Descrizione della pila di Volta della Sapienza di Roma
4.Nozioni di Fisica