Hyppää suoraan sisältöön

Sähköiset sammakonreidet johtivat pariston keksimiseen

Sammakoilla sähkökokeita tehnyt Luigi Galvani 1737-1798. Kuva Galvanista Wikimedia Commons

1700-luvun lopulla Luigi Galvani päätteli, että eläimissä on sähköä. Alessandro Volta ei uskonut, että sammakoiden sätkyttely johtui eläimellisestä sähköstä. Hän tulkitsi Galvanin sammakkokokeet uudelleen ja rakensi ensimmäisen pariston.

”Sehän elää vielä!” huudahti hämmästynyt Luigi Galvani, kun irtonainen sammanreisi nytkähti laboratorion metallisella leikkuupöydällä. Galvanin oli tarkoitus alkaa leikellä sammakonreittä, mutta joka kerta, kun teräksinen leikkausveitsi osui sinkkipöydällä maanneen sammakonreiden hermoon, jalka nytkähti.

Kontakti kahteen eri metalliin sai sammakon sätkyttelemään

Luigi Galvanin laboratoriossa leikeltävä sammakonreisi alkoi sätkytellä sinkkipöydällä, kun apulainen lähistöllä käytteli hankaussähköä tuottavaa konetta. Kuva Galvanin koejärjestelystä Wikimedia Commons

1700-luvun bolognalainen anatomian professori Galvani oli eläinten rakennetta tutkiessaan törmännyt sattumalta sähköilmiöön. Hän jatkoi kokeita sammakonreisillä laboratorionsa kattoparvekkeella ripustamalla sammakonjalan messinkikoukusta rautaisen parvekekaiteen yläuolelle. Kun tuuli painoi jalan kaidetta vasten, sen lihakset supistuivat ja jalka nytkähti.

Galvani päätteli, että sammakonreisi nytkähteli aina, kun se oli kahden erilaisen toisiinsa yhdistetyn metallin välissä ja toisti kokeen vielä laboratoriossaan. Hän otti hopealevyn, liitti siihen messinkilangan ja kiinnitti langan toisen pään sammakon reiden hermoon. Sitten hän piteli sammakon jalkaa hopealevyn yläpuolella siten, että sen varpaat juuri ja juuri koskettivat levyä. Jalka koukistui välittömästi, ja kontakti levyn ja jalan välillä katkesi. Se sai jalan lihakset taas rentoutumaan, ja jalka ojentui. Varpaat koskettivat taas levyä, ja jalka koukistui jälleen.

Sylki johtaa sähköä

Sähköä johtavia liuoksia eli elektrolyyttejä ovat hapot, emäkset ja suolojen vesiliokset, esimerkiksi sylki.

Volta teki ensimmäiset kokeensa syljellä, mutta käytti paristossaan rikkihappoa. Sauvaparistoissa käytetään salmiakkiliuosta.

Virtaa kielellä

Voltti Voltasta

Jännitteen yksikkö voltti on nimetty Alessandro Voltan mukaan.

Toinen italialainen Alessandro Volta sai luettavakseen Galvanin vuonna 1791 kirjoittaman selostuksen ”eläimellisestä sähköstä” ja aloitti omat kokeilunsa.

Alessandro Volta s. 1745. Kuva Voltasta Wikimedia Commons

Volta pani kielelleen hopeakolikon ja alumiinifolion palan. Kun ne koskettivat toisiaan, muodostui kielellä happamalta maistuvaa liuosta. Volta kokeili erilaisia metalliyhdistelmiä ja hänelle valkeni pian, että ei eläimissä ole sähköä, vaan sammakoreiden nytkähdys vain toimi sähkövirran ilmaisimena. Sähkö virtasi happamassa liuoksessa metalliparin välillä.

Volta kehitti ensimmäisen patterin

Jo aikaisemmin sähköön liittyviä kojeita rakennellut Volta jalosti kokeilunsa tulokset vuonna 1800 ensimmäiseksi patteriksi, ns. Voltan patsaaksi. Hän käytti sinkki- ja kuparilevyjä ja rikkihappoon kastettua imupaperia, joista hän rakensi tornin. Alimmaiseksi hän asetti sinkkikiekon, sen päälle imupaperia ja päällimmäiseksi kuparikiekon, jonka päälle tuli taas sinkkikiekko, paperi ja kuparikiekko jne. Patteri oli kuin kasa imupaperitäytteisiä sinkki-kuparivoileipiä.

Voltakaan ei ymmärtänyt, mitä patterissa tapahtui, vaan tyytyi ainoastaan kuvailemaan kokeitaan. Myös aikalaisille riitti, että Volta oli kehittänyt laitteen, josta saatiin kesytettyä sähkövirtaa. Sitä ennen oli pystytty varastoimaan staattista sähköä ns. Leidenin pulloihin, mutta niistä se vapautui vain yhtenä yhtäkkisenä purkauksena.

Kaavakuva Voltan paristosta. Kuva patterista Wikimedia Commons.
Museoon rakennettu oikeannäköinen rekonstruktio alkuperäisestä Voltan paristosta. Kuva Voltan paristosta Wikimedia Commons.
Rakenna oma patteri!

Älä kuitenkaan pane metalleja suuhun, vaan tee hedelmäpatteri, jossa hedelmien happo toimii elektrolyyttinä eli sähköä johtavana liuoksena. Katso ohjeet jutusta Sähköä hedelmistä.

Mitä Voltan paristossa tapahtuu?

Sinkkilevystä irtoaa rikkihappoliuokseen sinkki-ioneja, pieniä positiivisesti varautuneita hiukkasia. Samalla sinkkilevylle jää ylimäärä elektroneja, negatiivisesti varautuneita atomin rakenneosasia. Sinkkilevy varautuu negatiivisesti. Kuparilevyltä taas lähtee elektroneja liuokseen, jolloin kuparilevylle syntyy elektronivajaus ja positiivinen varaus.

Negatiivisesti varautuneen sinkin ja positiivisesti varautuneen kuparin välille on syntynyt sähköisen tilan ero eli jännite. Kun nyt yhdistää kupari- ja sinkkilevyn johdolla toisiinsa, sähköisen tilan ero pyrkii tasoittumaan ja elektronit siirtyvät sinkkilevyltä johtoa pitkin kuparilevylle. Jos patteriin yhdistää pienen lampun, se palaa. Patteri synnyttää sähkövirtaa.

Antiikissakin pattereita

Ehkä Volta ei sittenkään ollut ensimmäinen. 1930-luvulla Irakista löydettiin kumma, ruostunut 200-luvulta peräisin oleva metallilieriö. Lieriön keskellä oli kuparikuoresta eristetty rautatanko. Kun 1900-luvun tutkijat tekivät vastaavanlaisen kojeen ja täyttivät sen etikalla, he huomasivat sen tuottavan yhden voltin jännitteen. Lähes 1800 vuotta vanha koje oli ilmeisesti patteri!

Käytettiinkö sitä kenties korujen pinnoittamiseen vai tuottamaan kipinöitä uskonnollisissa seremoinioissa? Se ei arkeologeille selvinnyt.

Kuinka tavallinen sauvaparisto toimii?

Tavallisessa 1,5 Voltin paristossa on sinkkilieriö, johon on pakattu salmiakkiliuosta, mangaani- ja oksidi-ioneista koostuvaa mangaanioksidijauhetta hiilijauheessa ja sinkkilieriöstä eristetty hiilisauva.

Aivan kuten Voltan paristossa sinkistä liukenee positiivisesti varautuneita sinkki-ioneja salmiakkiliuokseen, ja sinkkilieriö varautuu negatiivisesti.

Kun patteri pannaan paikalleen johonkin laitteeseen, negatiivinen sinkkikuori yhdistyy pariston ulkopuolella kulkevan johdon kautta pariston positiivisena napana toimivaan hiilisauvaan. Sinkkikuoren ylimääräiset elektronit siirtyvät johtoa pitkin hiilisauvan kautta positiivisesti varautuneille mangaani-ioneille. Syntyy sähkövirtaa.

Kun reaktion lähtöaineet sinkki ja mangaani-ionit loppuvat, on paristo kulunut loppuun.

Lisätietoa