Le esperimenti di Volta e le leggi sui conduttori

Le esperienze di Volta

Volendo spiegare gli strani fenomeni che Luigi Galvani aveva, casualmente, ricreato, Volta svolse tre diverse esperienze, che lo portarono a formula tre leggi, dette per l’appunto di Volta, e a dedurre che anche le soluzioni erano conduttori di corrente. Esistono infatti tre diverse specie di conduttori, quali i metalli, gli ioni e i gas.
Durante la prima esperienza, Volta, con l’ausilio di un elettroscopio a foglie d’ora su cui era stato posizionato un elettroforo di volta, la cui base, di rame, scaricava a terra, toccò il piano dell’elettroscopio con la sbarra impugnandola dalla parte dello zinco. In questo modo, l’estremità di rame della sbarra permetteva il passaggio di corrente fra il piano di rame e l’estremità di zinco che, scaricando a terra grazie allo stesso corpo umano, permetteva di creare una differenza di potenziale fra il suolo e le foglie d’oro che divergevano non appena l’elettroforo di volta e la bacchetta venivano sollevati, impedendo che le cariche venissero scaricate a terra e permettendone invece la separazione.

Tale fenomeno si verificava a causa della diversa elettropositività delle due cariche; lo zinco, essendo più elettropositivo del rame, una proprietà che indica la capacità degli atomi di un determinato di cedere elettroni, acquista un potenziale maggiore. Grazie alla messa a terra, creata dal corpo umano, le cariche positive vengono separate, scaricatesi al suolo, da quelle negative, che al contrario si muovono verso il punto a potenziale inferiore, ossia verso il rame, per poi, sollevato l’elettroforo, passare all’interno delle foglie d’oro che, caricatesi negativamente, divergono.

Il secondo esperimento di Volta

Nel secondo esperimento Volta, invece, impugnando la sbarra dall’estremità di rame, mise a contatto lo zinco con il rame del piano dell’elettroscopio, creando una differenza di potenziale sia fra lo zinco e il rame della bacchetta sia fra lo zinco e il rame dell’elettroforo; i due d.d.p., avendo lo stesso modulo, in quanto gli elementi che davano luogo alle due differenze di potenziale erano gli stessi, ma segno opposto, in quanto gli elettroni sarebbero fluiti in direzioni opposte, si annullavano vicendevolmente e le due foglie dello strumento non divergevano.

Il terzo esperimento di Volta

Di particolare importanza è il terzo esperimento compiuto da Volta in cui, anziché mettere solamente a contatto i metalli della sbarra con quelli dell’elettroforo, egli pensò di frapporvi un panno acidulato, ossia imbevuto di acido, osservando che non solo si generava un passaggio di corrente, in quanto le foglie d’oro divergevano, ma che all’interno di una catena in cui veniva posto anche una soluzione acida la carica generata era molto maggiore rispetto alla catena di soli conduttori metallici, in quanto le foglie, caricandosi positivamente, divergevano maggiormente rispetto a quanto era accaduto durante la prima esperienza.

Le leggi di Volta

A partire dall’osservazione dei diversi comportamenti della corrente, Alessandro Volto arrivò a formulare tre leggi riguardanti conduttori appartenenti alla prima e alla seconda specie. Con la prima legge affermò che al contatto tra metalli diversi, posti alla stessa temperatura, si stabilisce una differenza di potenziale caratteristica, in quanto dovuta alla naturale elettropositività dei metalli, indipendente dall’estensione della superficie a contatto in quello che viene definito l’effetto Volta. Tuttavia, in presenza di metalli della medesima natura, come era avvenuto all’interno della catena rame-rame del secondo esperimento, non si verifica alcun passaggio di corrente, in quanto le due estremità presentano la stessa elettropositività e non può quindi crearsi nessuna differenza di potenziale. All’interno di una catena di metalli infatti, non sono rilevanti i conduttori che si frappongono fra le due estremità ma solamente la natura di quelli ai due capi, come enunciato nella seconda legge, verificata mediante i primi due esperimenti, in cui era stata realizzata prima una catena rame-rame-zinco e poi una catena zinco-zinco-rame, che dice che in una catena di conduttori metallici diversi fra loro, posti alla stessa temperatura, la differenza di potenziale, caratteristica a seconda dei due metalli utilizzati, è la stessa che si avrebbe se essi fossero a contatto diretto, ossia i conduttori posti nel mezzo non alterano o interferiscono in alcun modo il passaggio della corrente. Diverso è se la catena presenta anche un conduttore della seconda specie; in questo caso esso influenza il passaggio della corrente fra i due estremi, permettendolo anche nel caso in cui si tratti dello stesso metallo. Questo, verificato tramite la terza esperienza di Volta, in cui viene creata una catena rame-acido-zincorame, attraverso cui la corrente scorre, viene espresso all’interno della terza legge, secondo cui, detti conduttori di seconda classe quelli che non rispondono alla seconda legge di Volta, ossia i conduttori umidi, quali le soluzioni, una catena alle cui estremità sono posti i medesimi metalli presenta la d.d.p. agli estremi non nulla solamente nel caso in cui fra tali metalli sia posto un conduttore della seconda specie.

Conduttori e elettrolisi

Se ne può dedurre, in particolare dalla terza legge, che non solamente i metalli, tramite gli elettroni, e i semimetalli, grazie a elettroni e lacune, permettono il fluire della corrente ma pure le soluzioni, anche se non tutte, come verrà poi osservato durante l’esperienza. Infatti, è solo con la liberazione di ioni positivi e negativi, a partire da acidi e sali, spesso sciolti in acqua, che si verifica il passaggio di corrente; queste particelle saranno infatti libere di muoversi, chiudendo il circuito. Ciò è evidente nell’elettrolisi, processo durante il quale i due elettroliti vengono attratti dagli elettrodi collegati ai due poli di una pila: gli ioni positivi, detti cationi, vengono attratti dal polo negativo, catodo, mentre gli ioni negativi, ossia gli anioni, sono attratti dal polo positivo, detto anodo. Così come nelle catene di soli metalli, a causa della diversa elettronegatività dei due elettroliti, ossia delle due o più specie che compongono la soluzione, all’ossidoriduzione dei due elementi della soluzione può aggiungersi l’acqua che a sua volta concorre per ossidarsi o ridursi, si creerà una differenza di potenziale fra i due elettrodi dove avvengono le reazioni chimiche che porteranno alla formazione di elettroni su uno di essi, l’anodo, e che tenderanno a muoversi verso il catodo, il punto a potenziale minore.