Història de l'electroquímica
La història de l'electroquímica arreplega l'evolució de la electroquímica, com una branca de la fisicoquímica, des dels primers principis relacionats en els imans en els sigles XVI i XVII, fins a les complexes teories que comprenen la conductivitat, la càrrega elèctrica i els métodos matemàtics. El terme «electroquímica» es va utilisar per a descriure fenomens elèctrics a finals del sigle XIX i durant el sigle XX. En les últimes décades, l'electroquímica s'ha convertit en un àrea de contínua investigació, que inclou l'investigació en bateries i piles de combustible, la prevenció de la corrosió de metals, l'us de celes electroquímiques per a eliminar composts orgànics refractarios i contaminants similars en la electrocoagulación d'aigües residuals, i la millora de les tècniques de refinación de productes químics per mig d'electrólisis i electroforesis.
Els antecedents en el desenroll de la teoria elèctrica varen començar en el XVI, en els treballs del científic anglés William Gilbert, qui va amprar 17 anys en experimentar en el magnetisme i l'electricitat. En 1663, el físic alemà Otto von Guericke va crear el primer generador elèctric, que produïa electricitat estàtica generant fricció en la màquina. En l'introducció de les idees de Charles-Augustin de Coulomb sobre la atracció electrostàtica en 1781 i els estudis de Joseph Priestley en Anglaterra, es va conseguir aplanar el camí per al naiximent científic de l'electroquímica, que va aplegar en 1791 quan Luigi Galvani va descobrir el fenomen que ocorria, en passar electricitat per les anques de granota i va propondre l'existència d'una substància «nervi-elèctrica» existent en tota forma de vida.
En 1800, els químics anglesos William Nicholson i Johann Wilhelm Ritter varen conseguir descompondre l'aigua en hidrogen i oxigen per mig de la electrólisis i poc despuix, Ritter va descobrir el procés de la galvanoplàstia. En 1801, Ritter va observar el fenomen de la termoelectricidad i va anticipar el camí per al descobriment del fenomen per Thomas Johann Seebeck.
El treball d'Humphry Davy en la electrólisis va conseguir establir en eixa mateixa década que la producció d'electricitat en celes electroquímiques resultava de la reacció química en combinació en substàncies de càrregues opostes. Este treball li va permetre aïllar el sodi i potassi.
Els alvanços en electromagnetisme no es varen fer esperar i en 1820 Hans Christian Ørsted va descobrir l'efecte de l'electromagnetisme de la corrent que va ser reconegut com un dels alvanços més importants en l'àmbit de l'electricitat en la seua época. Més vesprada André-Marie Ampère va repetir l'experiment de Ørsted i va conseguir formular-ho matemàticament. Georg Ohm va formular la la llei que du el seu nom en 1827. Açò va conseguir concretar la base per a que en 1832 Michael Faraday establira les dos lleis més importants de la electrólisis (vore llei de Faraday).
En 1836 John Daniell va inventar la primera cela electroquímica en la que no es feya necessària l'intervenció de l'hidrogen i en 1839 William Grove va produir la primera cela de combustible. El desenroll més important en electroquímica va succeir casi 30 anys despuix quan en 1866 Georges Leclanché va patentar una pila que amprava carbó i era menys voluminosa que les seues predecessores. La seua invenció es va convertir en l'antecedent per al naiximent de la pila més usada en l'història, la pila de zinc-carbono. En 1886, Paul Héroult i Charles M. Hall varen conseguir desenrollar un método molt important per a obtindre alumini metàlic, procés que s'usa en l'actualitat per a obtindre l'alumini de la bauxita o del corindón.
En finalisar el XIX, es varen establir noves teories gràcies als aportes de l'electroquímica. Svante August Arrhenius va enunciar la seua llei de dissociació electrolítica per mig d'una tècnica de conductivitat, demostrant que els electrolitos dissolts en aigua es disocian en espècies eléctricamente diferents i migran a cada electrodo. Walther Hermann Nernst va desenrollar la teoria de la força electromotriz de les celes voltaicas en 1888.
Una de les contribucions més importants de l'electroquímica va ocórrer en 1909, quan va servir de base per a que Robert Andrews Millikan conseguira determinar la càrrega elèctrica de l'electró per mig del famós experiment de la gota de Millikan. Varen seguir nous alvanços, com l'establiment de la moderna teoria de àcit i bases de Brønsted i Lowry, aixina com l'estudi de disciplines tan importants com les àrees mèdiques i biològiques en la electroforesis, desenrollada per Arne Tiselius en 1937.
Dits alvanços han permés que en l'actualitat l'electroquímica s'emparente a temes tan diversos que van des de la electroquímica quàntica de Revaz Dogonadze o Rudolph A. Marcus, fins a les celes fotovoltáicas i quimioluminiscencia.
Antecedents i començos de l'electroquímica
[editar | editar còdic]
És molt difícil conéixer el naiximent de la electroquímica, puix existixen evidències que indiquen, l'existència de bateries i acumuladors d'energia elèctrica, des de l'antiguetat. Estudis realisats en els anys 1930 varen demostrar l'existència de bateries en el Imperi partixc, que provablement varen ser amprades per a la electrodeposición o galvanizado de peces metàliques. No obstant, no consta que les persones que utilisaven estos objectes que daten de el III coneguts com les bateries de Bagdad jamai ampraren raonaments científics o teories que pogueren explicar o entendre el fenomen que aprofitaven per als seus fins, per lo que no es pot parlar d'electroquímica. D'igual modo, en els escrits de l'historiador bizantí Zósimo (490-510) es descriu un método per a recobrir el ferro en una capa de coure; este método consistix en sumergir el ferro en una solució d'una sal de coure.[1]
El sigle XVI va marcar el començ de la comprensió científica de l'electricitat i el magnetisme, que va culminar en la producció d'energia elèctrica i la Revolució Industrial a finals del sigle XIX.
En la década de 1550, el científic anglés William Gilbert va dedicar 17 anys a experimentar en el magnetisme i, en menor mida, en l'electricitat. Pel seu treball en els imans, Gilbert va ser conegut com a «pare del magnetisme». El seu llibre De Magnete es va convertir ràpidament en l'obra de referència en tota Europa sobre fenomens elèctrics i magnètics, i va establir una clara distinció entre el magnetisme i lo que llavors es denominava el «efecte àmbar» (electricitat estàtica). Gilbert va aplegar a descobrir varis métodos per a produir imans i fer-los més potents.[2]
En 1663, el físic alemà Otto von Guericke va crear el primer generador elèctric, que produïa electricitat estàtica generant fricció en la màquina. Este generador va amprar una esfera de sofre encapsulada concéntricamente en una atra esfera de vidre, montada a la seua volta en un eix. L'esfera era rotada amprant una palanca per a produir electricitat estàtica en forma de purna electrostàtica, a on una superfície de caucho o goma, tocava l'esfera en ser rotada. El globo podia extraure's i utilisar-se com a font elèctrica per a experiments. Von Guericke va utilisar el seu generador per a demostrar que les càrregues iguals es repelien entre sí.[3]
El sigle XVIII i el naiximent de l'electroquímica
[editar | editar còdic]En 1709, Francis Hauksbee, de la Royal Society en Londres, va descobrir que en introduir una menuda cantitat de mercuri en el vidre del generador de Von Guericke i extraure l'aire, est lluïa quan l'esfera acumulava càrrega elèctrica i la seua mà tocava el globo. Havia creat la primera llàntia de descàrrega de gas.
Entre 1729 i 1736, dos científics anglesos, Stephen Gray i Jean Desaguliers, varen realisar una série d'experiments que varen demostrar que un corcho o un atre objecte situat a una distància d'entre 245 i 275 metros podia electrificarse conectant-ho, per mig d'un tubo de vidre carregat, a materials com a cables metàlics o cordes de cànem. Varen descobrir que atres materials, com la seda, no transmetien este efecte.
A mitan del sigle XVIII, el químic francés Charles François de Cisternay du Fay va descobrir dos formes d'electricitat estàtica, i que les càrregues iguals es repelien entre sí, mentres que les càrregues opostes s'atreen. Du Fay va afirmar que l'electricitat consistia en dos decorreguts: l'electricitat vítrea (del llatí, per vidre), o positiva; i l'electricitat resinosa, o negativa. Esta va ser la «teoria dels dos decorreguts» de l'electricitat, a la que es va opondre més alvance en el sigle la «teoria d'un decorregut» de Benjamin Franklin.[4]
En 1745, Jean-Antoine Nollet va desenrollar una teoria d'atracció i repulsió elèctrica que postulava l'existència d'un fluix continu de matèria elèctrica entre cossos carregats. La teoria de Nollet va gojar inicialment d'àmplia acceptació, pero va trobar resistència en 1752 en la traducció al francés dels Experiments and Observations on Electricity [Experiments i Observacions sobre l'Electricitat] de Franklin. Franklin i Nollet varen debatre sobre la naturalea de l'electricitat: Franklin defenia l'acció a distància i l'existència de dos tipos d'electricitat cualitativamente oposts, mentres que Nollet advocava per l'acció mecànica i un únic tipo de decorregut elèctric. Finalment, l'argument de Franklin va prevaldre i la teoria de Nollet va ser abandonada.
En 1748, Nollet va inventar un dels primers electrómetros, el electroscopi, que mostrava la càrrega elèctrica per mig de la atracció i repulsió electrostàtica. Se li atribuïx a Nollet l'haver falcat el nom de «botella de Leyden» per a referir-se al primer dispositiu d'almagasenament d'electricitat. L'invent de Nollet va ser reemplaçat en 1766 per l'electrómetro d'Horace-Bénédict de Saussure.
Cap a la década de 1740, William Watson havia realisat varis experiments per a determinar la velocitat de l'electricitat. En aquell llavors, es creïa que l'electricitat era més ràpida que el sò, pero no s'havia ideat cap prova precisa per a medir la velocitat d'una corrent elèctrica. Watson, en els camps al nort de Londres, va tendir un cable sostingut per pals secs i seda que s'estenia a lo llarc de 3,7 km. Inclús en esta llongitut, la velocitat de l'electricitat semblava instantànea.[5]
Cap a la década de 1750, en la popularisació de l'estudi de l'electricitat, es varen buscar métodos eficients per a la seua producció. El generador desenrollat per Jesse Ramsden va ser un dels primers generadors electrostàtics inventats. L'electricitat produïda per estos generadors s'utilisava per a tractar la paràlisis, els espasmos musculars i per a controlar la freqüència cardíaca, ademés de per a aplicar electricitat al cos, extraure purnes del cos i aplicar purnes del generador al cos. En 1772, l'erudit Giovanni Battista Beccaria va descobrir que en fer passar una purna (per eixemple, obtinguda d'una bateria de botelles de Leyden) sobre òxit de zinc, es podia produir zinc.[1]
Charles-Augustin de Coulomb va desenrollar la llei de l'atracció electrostàtica en 1781 com a resultat del seu intent d'investigar la llei de repulsió elèctrica formulada per Joseph Priestley en Anglaterra.[6] Per a això, va inventar un aparat sensible per a medir les forces elèctriques involucrades en la llei de Priestley. També va establir la llei del quadrat invers de l'atracció i repulsió dels pols magnètics, que es va convertir en la base de la teoria matemàtica de les forces magnètiques desenrollada per Siméon Denis Poisson. Coulomb va escriure sèt importants obres sobre electricitat i magnetisme que va presentar a l'Acadèmia de Ciències entre 1785 i 1791, en les que informava haver desenrollat una teoria de l'atracció i repulsió entre cossos carregats, i va continuar la seua busca de conductors i dielèctrics perfectes. Va sugerir que no existia un dielèctric perfecte, proponent que tota substància tenia un llímit per damunt del com conduïa l'electricitat. L'unitat de càrrega del SI es diu coulomb en el seu honor.
En 1789, Franz Aepinus va desenrollar un dispositiu en les propietats d'un condensador (ara conegut com capacitor). El condensador de Aepinus va ser el primer capacitor desenrollat despuix de la botella de Leyden i es va utilisar per a demostrar la conducció i la inducció. El dispositiu es va construir de manera que es poguera ajustar l'espai entre dos plaques, i el dielèctric de vidre que les separava poguera retirar-se o reemplaçar-se per atres materials
A pesar de l'alvanç en el coneiximent de les propietats elèctriques i de la construcció de generadors, fins a finals del sigle XVIII, en l'ambient convulsionado de la Ilustració, no va ser quan el mege i anatomista italià Luigi Galvani va marcar el naiximent de l'electroquímica en establir un víncul entre les contracció musculars i l'electricitat en el seu ensaig de 1791 De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius [Comentari sobre l'efecte de l'electricitat en el moviment muscular], a on va propondre una «substància nervi-elèctrica» en els sers vius.[7][8][9] En el seu ensaig, Galvani va concloure que el teixit animal contenia una força vital innata fins a llavors desconeguda, a la que va denominar «electricitat animal», la qual activava el múscul quan es coloca en contacte dos metals diferents. Va comparar els músculs en les superfícies electrificadas d'una botella de Leyden.[10] Creïa que açò era una evidència d'una nova forma d'electricitat, distinta de la forma «natural» produïda pels rajos (o en alguns animals com la anguila elèctrica o les ralles elèctriques) i de la forma «artificial» produïda per la fricció (electricitat estàtica).[11] Considerava que el cervell era l'orgue més important per a la secreció d'este «decorregut elèctric» i que els nervis ho conduïen als músculs. Creïa que els teixits actuaven de forma similar a les superfícies interna i externa de les botelles de Leyden. El fluix d'este decorregut elèctric proporcionava un estímul a les fibres musculars.
.jpeg){kind=link}
Els colegues científics de Galvani generalment acceptaven les seues idees, pero Alessandro Volta, un contemporàneu i compatriota, eminent professor de física de la Universitat de Pavía, no estava convençut per l'analogia entre els músculs i les botelles de Leyden i va rebujar rotundament l'idea d'un decorregut animal que poguera generar electricitat.[7][11] En considerar que les anques de granota utilisades en els experiments de Galvani servien únicament com a electroscopi, sostenia que el contacte de metals diferents (el revenido metàlic del escalpelo) era la verdadera font d'estimulació. Es referia a l'electricitat aixina generada com a «electricitat metàlica» i concloïa que el múscul, en contraure's al contacte en el metal, s'assemblava a l'acció d'un electroscopi. Ademés, Volta afirmava que si dos metals diferents en contacte entre sí també tocaven un múscul, es produiria agitació, la qual aumentaria en la diferència entre els metals.[10] Galvani refutó açò obtenint acció muscular utilisant dos peces de metal similar. No obstant, l'experimentació de Volta ho va dur a desenrollar la primera bateria pràctica,[12] cridada precisament «pila de Volta», que aprofitava l'energia relativament alta (enllaç dèbil) del zinc i podia suministrar corrent elèctrica durant molt més temps que qualsevol un atre dispositiu conegut en eixe moment.[13] Este dispositiu estava compost per diferents elements disposts "en pila" (d'ahí el seu nom), cada u format a la seua volta per un disc de coure i un disc de zinc separats per feltre o cartó empapat en una solució acuosa. El nom de Volta es va utilisar posteriorment per a l'unitat de potencial elèctric, el volt.
L'invenció de Volta va ser anunciada en una carta dirigida a Joseph Banks, president de la Royal Society de Londres, datada el 20 de març de 1800, en la que el propi Volta també va donar la primera descripció de la mateixa;[9] en 1801 la pila de Volta va ser presentada al Institut National dones Sciences et Arts.[14] La pila de Volta va ser inicialment cridada organo elettrico artificiale o apparato elettromotore; després li la va denominar pila per la seua estructura característica.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Monroe Hopkins, p. 1.
- ↑ Richard P. Olenick, Tom M. Apostol, David L. Goodstein Beyond the mechanical universe: from electricity to modern physics, Cambridge University Press (1986) ISBN 0-521-30430-X, p. 160
- ↑ R. Hellborg Electrostatic accelerators: fundamentals and applications (2005) ISBN 3540239839 p. 52
- ↑ Steven Weinberg The discovery of subatomic particles Cambridge University Press (2003) ISBN 0-521-82351-X, p. 15
- ↑ The Electric Telegraph, The North British Review, vol. 22 (Feb. 1855), p. 290.
- ↑ J. A. M. Bleeker, Johannes Geiss, M. Huber The century of space science, Volume 1, Springer (2001) ISBN 0-7923-7196-8 p. 227
- ↑ 7,0 7,1 John Robert Norris, Douglas W. Ribbons (1972) Methods in microbiology, Volume 6, Academic Press. ISBN 0-12-521546-0 p. 248
- ↑ Luigi Galvani, De viribus electricitatis in motu musculari - traduzione
- ottobre 2008/https://web.archive.org/web/20081016191733/http://cis.alma.unibo.it/galvani/textus.html Archivat el Erro en l'expressió: Temps no vàlit archivat en Wayback Machine.
- ↑ 9,0 9,1 Ashok K. Shukla i T. Prem Kumar. «Pillars of Modern Electrochemistry: A Brief History» (en en). Archivat des d'el original, el 20 agost 2013.
- ↑ 10,0 10,1 «Il dibattito Volta-Galvani». Consultat el 13 aprile 2026.
- ↑ 11,0 11,1 Frederick Collier Bakewell Electric science; its history, phenomena, and applications, Ingram, Cooke (1853) pp. 27–31
- ↑ «1799-1999 I duecento anni della pila vaig donar Volta». Archivat des d'el original, el 30 de juny de 2007.
- ↑ «Battery: Voltaic Pile».
- ↑ «L'invenzione della pila». Archivat des d'el original, el 7 novembre 2011.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Historia de la electroquímica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.