Het vorige artikel ging over het opwekken van elektriciteit door beweging. Deel twee is voor mij dichter bij huis: elektriciteit opwekken met behulp van chemie!

Elektriciteit opwekken deel 2: chemie

Of: de kikkerbillen van Galvani

Rond 1800 was men goed bekend met statische elektriciteit en werden er allerlei proefjes mee gedaan. Het schijnt dat Luigi Galvani rond 1780 een kikker aan het ontleden was op een tafel waarop hij daarvoor met statische elektriciteit had gewerkt. Wat? Heb jij dat nooit?

Zijn scalpel was statisch geladen toen hij daarmee een zenuw in het been van een kikker aanraakte. Hij zag een vonkje en het been van de kikker schopte. Dat had hij niet helemaal aan zien komen, de kikker was namelijk dood.

(Ze hebben dit experiment vervolgens ook een keer met een menselijk lichaam gedaan. Het schijnt dat Mary Shelley daarbij in het publiek zat, de auteur van Frankenstein)

Galvani dacht op dat moment de ‘dierlijke elektriciteit’ te hebben ontdekt, de kracht die dingen laat leven. Deze dierlijke elektriciteit zou lijken op de al bekende statische elektriciteit, maar was toch anders en aanwezig ín levende materie.

Ruzie met Volta

Alessandro Volta, een stadsgenoot van Galvani, twijfelde aan deze theorie. Hij was van mening dat de elektriciteit van buitenaf moest komen, elektriciteit van binnenuit klonk hem teveel als magie.

Galvani en Volta kregen ruzie en Galvani experimenteerde door. Terwijl hij probeerde te bewijzen dat het schoppen van het dode been inderdaad veroorzaakt werd door elektriciteit in het lichaam, ontdekte hij weer iets geks: als hij de kikkerbenen ophing aan ijzerdraad (doen we allemaal wel eens, toch?) en vervolgens met een koperdraadje de zenuw van het been aanraakte, dan schopte het been ook. Zonder dat hij iets met elektriciteit had gedaan.

Galvani concludeerde dat deze opstelling de dierlijke elektriciteit in het been vrijmaakte.

Een gemiddelde dag voor mijnheer Galvani

Een gewone dag in het lab voor mijnheer Galvani

Toen Volta van dit nieuwe experiment hoorde was hij nog steeds overtuigd dat de elektriciteit van buitenaf moest komen. Hij herhaalde de experimenten van Galvani en werkte verder. Net zolang totdat hij zeker wist wat je nodig had om elektriciteit op te wekken: alleen maar twee verschillende metalen. Zoals bijvoorbeeld het ijzer en koper waar Galvani mee had gewerkt.

Hij bewees het ook op een manier die je zelf na kunt doen en waar geen kikkers bij nodig zijn. Plaats een koperen muntje op je tong en leg er een zilveren lepel bovenop zodat een kant van de lepel de achterkant van je tong raakt en een ander stuk de koperen munt raakt. Dan krijg je een zure smaak in je mond.

Wel eens de twee rondjes van zo’n dikke batterij op je tong gehouden? Die smaak dus.

Zo'n batterij . Moet je maar eens tegen je tong aanhouden

Volta concludeerde dat de elektriciteit opgewekt werd door de verbinding tussen twee verschillende metalen. Op je tong via je speeksel, in de kikker via een zenuw.

De elektriciteit zit niet al in het lichaam, maar stroomt van het ene metaal naar het andere, via zout water.

Let’s get chemical – Hoe werkt een batterij?

Als je schijven van verschillende metalen verbindt met zout water dan krijg je elektriciteit. Maar hoe dan?

Zoals gezegd in het vorige artikel is elektrische stroom het bewegen van elektronen. Elektronen zijn onderdeel van atomen, atomen bestaan uit een positief geladen kern met daaromheen een wolk van negatief geladen elektronen. + en – trekken elkaar aan, en normaal blijven de kern en de elektronen bij elkaar.

De opbouw van een atoom

Maar nou zitten die elektronen bij sommige metalen ‘losser’ dan bij andere metalen. Bij zink zitten de elektronen wat losser dan bij koper. Dus als je een koperplaatje aan een zinkplaatje vastmaakt, dan zullen de koperatomen gaan trekken aan de elektronen van de zinkatomen. Zolang er verder niks tussen de plaatjes zit gebeurt er ook niks. De elektronen kunnen nergens heen.

Een paar opmerkingen bij de volgende tekening: chemici houden van afkortingen! Het metaal koper korten ze af met Cu, zink met Zn, en elektron is zo’n lang woord, dat schrijven ze als e (de – om aan te geven dat een elektron negatief geladen is).

Verbind koper aan zink en de koperatomen zullen gaan trekken aan de elektronen van het zink

Als je de plaatjes net met elkaar verbindt zullen er kort elektronen gaan stromen. Na een tijdje heeft het koper de maximale hoeveelheid opgenomen en gebeurt er niks meer. Het koper is nu een heel klein beetje negatief geladen (overschot aan elektronen), het zink een heel klein beetje positief (tekort aan elektronen)

Maar zoals gezegd had Volta ontdekt dat je ook nog iets met zout water moest doen. Als je zout water tussen de platen doet dan zal het Zink langzaam oplossen in het zoute water. Het zink geeft dan per atoom twee elektronen af aan het koper en wordt Zn2+. Zn2+ is een zogenaamd ion, het zink-atoom heeft zelf een lading van 2+ over wanneer het twee elektronen kwijt is.

Maar het koper aan de andere kant kan eigenlijk niets met een overschot aan elektronen (zoals eerder gezegd zijn elektronen fan van eerlijk delen). Aan de kant van het koper zullen elektronen overgedragen worden aan het water, waar waterstof gevormd wordt.

Dit gaat net zo lang door totdat het hele plaatje zink op is gelost.

Een volledige batterij: zout water zorgt voor de geleiding van lading

Een toren bouwen om je gelijk te halen

Maar de elektriciteit die Volta met twee metalen schijven opwekte was heel zwak. Daar kon hij Galvani niet mee overtuigen! Daarom ging hij aan het stapelen: schijven koper, schijven zink en platen karton die doorweekt waren met zeewater.

Elke serie koper-karton-zink is een cel, en door ze te stapelen maakte Volta contact tussen de verschillende cellen.

Hoe meer platen, hoe hoger de spanning of voltage

Hoe hoger hij de toren maakte, hoe sterker de elektriciteit die er uit kwam (nu zouden we zeggen: hoe hoger het voltage).

Daarmee had hij de Zuil van Volta uitgevonden: de allereerste batterij.

Soms wordt een uitvinding gewoon gedaan om te bewijzen dat iemand anders geen gelijk heeft.

Zuil van Volta uit 1800

Lees ook:

Deel 1: Elektriciteit uit beweging

Deel 3: Elektriciteit uit licht

 

Wil je wekelijks een e-mail update van de Hoofdwerker?

Schrijf je in op de nieuwsbrief!

Nieuwsbrief wordt beheerd via MailChimp