La pila : un po’ di storia

Non devo cedere alla tentazione di parlare di quei  meravigliosi oggetti, dagli esotici nomi evocativi e dal fascino misterioso ereditato dalla sfuggente alchimia . Come resistere, però, dinnanzi  la bellezza struggente di un gorgogliatore,  come non subire il magnetismo di quel suono onomatopeico ( gorg, gorg) degno di un  Aldo Palazzeschi all’apice della sua ispirazione?
Dimostrando una stoica capacità nel  fuggire le subdole seduzioni della vetreria chimica,  vi parlerò invece di uno strumento bruttino,  ma che ha segnato una svolta nella storia della chimica e dell’umanità.
In realtà  il mio perfido scopo è quello d’ incamminarmi per gli accidentati sentieri della storia per poi  scivolare lentamente, approfittando  delle asperità del percorso, verso un luogo forse un po’ fuori mano, ma  affascinante quanto le trasparenze di un’ antica  storta appartenuta a Paracelso.
Ora però finiamola con le premesse: è giunto il momento di presentarvi lo strumento scientifico in questione,image001

Sembra impensabile che questa torre di dischetti di rame e zinco alternati e inframmezzati da un panno o carta imbevuta in acqua acidulata, possa essere uno di quegli oggetti che ha cambiato il mondo! Riempie poi d’orgoglio  l’ingegno,   dietro a questa gigantesca intuizione, di  un italiano, anzi due.
Vediamo dunque come è andata.
Prologo

Secolo  XVIII
Nel corso di tutto il ‘700, il mondo della scienza si confronta sulla  questione dei fenomeni fisici e chimici che agiscono durante il movimento muscolare.  Nel 1745, di J. von Kleist a Camin, in Pomerania, e di P. van Musschenbroeck a Leida, in Olanda, nel corso di esperimenti per elettrizzare l’acqua contenuta in un recipiente di vetro, arrivarono  alla bottiglia di leidascoperta casuale di  quella che fu chiamata la bottiglia di Leida.
Scoperta davvero elettrizzante  perché, da quel momento gli scienziati ebbero a disposizione una scarica elettrica (Elettrostatica) che se da una parte permise esperimenti sulla materia inanimata, come la scomposizione dell’acqua nei suoi elementi ( 1789-Paets vanTroostwijk e Deimann), dall’altra suscitò subito un grande interesse  per lo studio  della possibile azione del “fluido elettrico” sui corpi viventi.
Il quesito che subito prese forma fu:

dato che le scariche della bottiglia di Leida provocano forti contrazioni muscolari e sensazioni inattese, non potrebbero avere anche il potere di guarire le paralisi e altre malattie?

Nacquero così due correnti di pensiero quella degli “elettricisti guaritori”, che sperimentavano sugli esseri umani, e quella degli anatomisti, che applicavano l’elettricità alle membra animali sulle loro tavole di dissezione.
Così, per esempio, nel 1756, a Padova, Caldani studia gli effetti della scarica elettrica sul cuore e su diversi muscoli. La rana si rivela l’animale più sensibile per mettere in evidenza l’azione dell’elettricità sui nervi.


Questi sono inoltre i tempi dei fluidi, termine attribuito  a tutto quanto si potesse presentare  come sostanza sottile, impalpabile e priva di massa come elettricità o calorico Si afferma quindi l’idea di una analogia tra fluido nervoso e fluido elettrico: stessa invisibilità, stessa capacità di attraversare i corpi senza 200px-Luigi_Galvani's_monument_in_Bologna_2lasciare tracce, stessa straordinaria velocità di trasmissione.

Atto primo

Bologna 1780
In questo scenario si colloca  Luigi Galvani (1737 – 1798), professore di anatomia a Bologna, che si interessa all’influenza dell’elettricità sui nervi. Non ci si deve quindi stupire del fatto che nel suo laboratorio ci siano una macchina elettrica, delle bottiglie di Leida e delle rane “preparate alla solita maniera”, cioè non conservandone che le membra inferiori, con i nervi crurali collegati alla spina dorsale (Tavola I, angolo inferiore sinistro

Galvani, Commentarius…, 1791, Tavola I  Figura Ω :Rana preparata per l’esperienza; Figura 1: macchina elettrica. Figura 2 : Il filo di ferro E attraversa la spina dorsale ed è in contatto con una bacchetta di ferro G e viene prolungato dal lungo filo di ferro conduttore KK. Figura 3 : Una rana preparata è chiusa in un recipiente di vetro A, un filo di ferro EEE molto lungo può essere raccordato in C al filo di ferro B piantato nella spina dorsale della rana. Figura 5 : Bottiglia di Leida. ; Figura 6 : Dei piombini da caccia giocano lo stesso ruolo del filo conduttore a contatto con un nervo o un muscolo.

Galvani, Commentarius…, 1791, Tavola I
Figura Ω :Rana preparata per l’esperienza; Figura 1: macchina elettrica.
Figura 2 : Il filo di ferro E attraversa la spina dorsale ed è in contatto con una bacchetta di ferro G e viene prolungato dal lungo filo di ferro conduttore KK.
Figura 3 : Una rana preparata è chiusa in un recipiente di vetro A, un filo di ferro EEE molto lungo può essere raccordato in C al filo di ferro B piantato nella spina dorsale della rana.
Figura 5 : Bottiglia di Leida. ; Figura 6 : Dei piombini da caccia giocano lo stesso ruolo del filo conduttore a contatto con un nervo o un muscolo.

Le sue note di laboratorio mostrano che egli comincia le sue esperienze a partire dal novembre 1780 ma è soltanto nel 1791, quando è certo di aver accumulato una quantità sufficiente di prove a favore di una elettricità di origine animale, che Galvani rende noti i risultati di una sperimentazione tenace e scrupolosa, spesso condotta con l’aiuto di sua moglie e dei suoi due nipoti.
La sua opera viene pubblicata in latino, come era ancora uso comune nel campo della medicina: De viribus electricitatis in motu musculari. Commentarius. Sia i suoi manoscritti che alcune memorie non pubblicate, ma lette davanti all’Accademia delle Scienze di Bologna, ci consentono di farci un’idea della cronologia delle sue scoperte.
Fu un lavoro molto accurato anche dal punto di vista sperimentale.
Ma cosa vide Galvani?

Egli osservò delle contrazione nei preparati di rana che   avvenivano a seguito del contatto con un coltello connesso ad una bottiglia di Leida o a un conduttore percorso da una carica atmosferica, o con un arco elettroconduttore costituito da due diversi metalli (appendendo i preparati di rana con infisso un filo di rame ad una ringhiera di ferro).
La sua conclusione fu che era in presenza di un nuovo tipo di elettricità che  aveva origine animale.

 Atto secondo

Pavia 1784

400px-Monumento_Alessandro_Volta_PaviaE qui entra in scena Volta, ricercatore appassionato e docente  dell’Università di Pavia di cui divenne rettore nel 1885.
Leggendo il “De viribus elettricitatis”, Volta ne fu dapprima entusiasta e poi, ripetendo gli esperimenti di Galvani, si accorse che le contrazioni duravano più a lungo se la scarica avveniva attraverso un circuito composto da due metalli diversi  e attribuì l’origine dell’elettricità al contatto tra i due metalli e non all’animale. ( Effetto Volta)
Si accese la disputa che vide contrapposte le due scuole: Bolognese e Pavese. La disputa è incredibilmente interessante. I contendenti lottarono aspramente a forza di esperimenti volti a confutare le opposte tesi.
Alla fine del 1796 viene dichiarata un’altra guerra. Le armate rivoluzionarie francesi invadono l’Italia e nel 1798 Bonaparte esige un giuramento di fedeltà da parte di tutti i funzionari della nuova Repubblica cisalpina che egli ha appena costituito nell’Italia del nord. Galvani, a differenza di Volta, si rifiuta di giurare e perde sia il suo posto all’Università sia la sua casa.
Muore poco dopo, nel 1798, ma suo nipote, Giovanni Aldini, prosegue la controversia con grande vigore. Viaggia in Francia e in Inghilterra: i contatti internazionali tra gli studiosi non si interrompono malgrado i conflitti militari e politici.

Epilogo
Nonostante l’impegno del nipote, la disputa fu vinta da Volta  e l’elettricità animale venne accantonata. Ci vollero trent’anni prima che apparecchiature sensibilissime  consentissero di rilevare le correnti permettendo la nascita dell’ elettrofisiologia
Paradossalmente,  pare che proprio l’elettricità animale abbia giocato un ruolo importante nell’invenzione del dispositivo destinato a combattere la tesi della sua stessa esistenza.
Nei suoi studi sull’elettricità delle torpedini, in effetti Galvani descriveva gli “innumerevoli piccoli esagoni piatti” disposti “gli uni sugli altri secondo un ordine ammirevole” all’interno dell’organo elettrico di questo animale. Ebbene, l’impilamento che Volta descrive (in francese) nella sua celebre lettera del 20 marzo 1800 a Joseph Banks, presidente della Royal Society, riproduce, come sottolinea egli stesso, la struttura e gli effetti dell’organo elettrico della torpedine. Per realizzare questo impilamento, costituito da dischi di metallo e dischi di cartone umido, egli ha cercato di scegliere nel modo migliore i metalli : “dischi di rame o, meglio, d’argento” e “placche di stagno, oppure, molto meglio, di zinco” e la miglior scelta dell’”umore” : acqua salata che impregnasse “qualche materiale spugnoso”.
La lettera alla Royal Society , giustamente celebre (e celebrata) fu pubblicata col titolo On the electricity excited by the al mere contact of conducting substances of differents kinds nelle Philosophical Transactions di quella importante accademia scientifica. Essa conteneva la descrizione di un apparecchio, poi detto “pila di Volta”, in grado di dar luogo alla produzione di una corrente elettrica continua: il ponte per il passaggio dall’elettrostatica all’elettrodinamica.
È interessante il fatto che  Volta  chiami più volte il suo apparato “organo elettrico artificiale”, richiamandosi al potere elettrico sviluppato in natura dalla torpedine. Il nome di Pila è successivo e si richiama alla forma stessa dell’apparato.

La pila verticale presentava però dei problemi , non ultimo quello della rapida essicazione dei liquidi nonchè il pericolo di una loro fuoriuscita.Volta stesso 250px-Volta_batteriespropose quindi anche il modello a tazze.
.

Il 21 dicembre 1802,  alle 8 di sera Volta presentò la sua scoperta a Napoleone Primo Console della Francia. Napoleone fu così entusiasta della scoperta che lo fece premiare con una medaglia d’oro e 15000 franchi. Fece poi costruire la pila più grande del mondo per l’Ecole Politechnique a Parigi con l’incarico a Gay-Lussac e Thènard di utilizzarla per i loro esperimenti.
La cosa fenomenale della sua pila  era la facilità  di realizzazione e subito i laboratori ebbero a disposizione una fonte di elettricità continua ( non più elettrostatica) che Volta definiva perenne .  L’ anno stesso della sua presentazione,  ci fu il famoso esperimento di Nicholson e Carlisle sulla decomposizione dell’acqua, e contemporaneamente Brugnatelli, di cui vi parlerò poi, effettuava le prime elettrodeposizioni.
Fu per merito della  pila, poi elaborata anche da altri scienziati, se

 Pila a trogoli di  William Cruichshank


Pila a trogoli di William Cruichshank

Davy e Berzelius riuscirono  a isolare moltissimi elementi ricorrendo all’ elettrolisi delle sostanze fuse che li contenevano.
Questi scienziati però, non si limitarono a registrare le scoperte sulla composizione delle sostanze. Per tutti costoro il fatto che – tramite l’elettrolisi – si fosse  rivelata l’esistenza di una forte correlazione fra proprietà elettriche e proprietà chimiche della materia, rappresentava una svolta considerevole nella teoria, oltre che nella pratica della chimica, nella filosofia della materia e della natura più in generale. Svolta che Berzelius, nel Nouveau Système de Mineralogie del 1819, non esiterà a definire col termine di “rivoluzione”
Per l’influenza dell’elettricità sulla teoria della chimica, questa scienza ha subìto una rivoluzione, e i punti che essa abbraccia sono stati estesi e rettificati in maniera per l’insieme più importante di quello che non si era mai avuto prima, né per la dottrina di Stahl, né per la dottrina di Lavoisier. È grazie alla teoria elettrochimica che noi abbiamo imparato a distinguere nei composti gli ingredienti o parti costituenti dotati di qualità elettrochimiche opposte“.
Con la pila era dunque nata  una nuova branca della chimica: l’elettrochimica.

E NON FINISCE QUI.

fonti

http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/galvanivolta/grenouilles/index-it.php

http://www.accademiaxl.it/it/pubblicazioni/divulgazione-scientifica/169-elettrochimica.html

http://ppp.unipv.it/Mostra/Pagine/Frame4.htm

Questo post partecipa al Carnevale della chimica ospitato da Emanuela Zerbinatti sul suo blog Arte e Salute

Informazioni su spanni

prof. di chimica
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4 risposte a La pila : un po’ di storia

  1. marisamoles ha detto:

    Non ho mai particolarmente amato le scienze come disciplina scolastica, forse a causa della scarsa competenza dei miei insegnanti. Ma questa “storia” della pila mi ha sempre affascinata.
    Brava, un bellissimo post.🙂

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