لماذا تكون بعض الخضراوات والفواكه ناقلة للكهرباء؟

في أي معرض علمي، أضمن لك أنك غالبًا ستحظى بمشاهدة تجربتين على الأقل: بركان clichéd papier-mâché وبطارية المخلل أو البطاطس الشهيرة.

ربما يرى بعض الناس أن توصيل قطعة صغيرة من الطعام للتيار الكهربائي هو أمر مثير للاهتمام.

ولكن كما تبين، هذه ليست القصة الكاملة.

هنالك العديد من أشكال الموصلات الكهربائية، وهذه تتضمن الموصلات التقليدية، مثل الأسلاك المصنوعة من الفضة والنحاس والمصمّمة لنقل التيار الكهربائي في المنازل والبنايات، والموصلات الأيونية التي يمكن أن توصل الكهرباء باستخدام الأيونات حرّة الحركة.

أما المواد العضوية، مثل أنسجة جسم الإنسان، والبطاطس في تجربتك العلمية، فهي موصلات أيونية تقوم بإنشاء دارّات أيونية.

المحاليل الموصلة كهربائيًا – المواد التي ينشأ عنها أيونات عند ذوبانها في الماء – في هذه المواد تقوم بكل العمل.

أخبر Michael Hickner – الأستاذ المساعد في علم المواد والهندسة من Penn State موقع Live science: «توصل الخضار والفواكه الكهرباء بنفس الطريقة التي يفعلها محلول ملحي بإكمال دارَة كهربائية»، وأضاف: «هذا بفعل الأيونات في المحلول الملحي» فهي لا تقوم بتوصيل الإلكترونات (كما تفعل الموصلات التقليدية).

الموصل الأيوني يحتوي على شحنات موجبة وأخرى سالبة – والمعروفة بالأيونات المشحونة – والتي تقوم بالتحرّك بحرية عندما تُلامِس جهدًا كهربائيًا.

على سبيل المثال، عند ذوبان ملح الطعام في الماء، تقوم كل من ذرات الصوديوم والكلور والتي تمتلك شحنات مختلفة ( Na+, Cl-) بصنع محلول أيوني، وهذه المحاليل الأيونية تسمّى محاليلًا موصلة للتيّار الكهربائي ويمكن إيجادها في كل الأشياء الحيّة.

لهذا السبب، نظريًا، يمكن لأي نوع من الخضار والفواكه أن يصبح موصلًا أيونيًا، ولكنّ بعضها أفضل من البعض الآخر في هذا الأمر.

ولهذا السبب تكون المياه المالحة، أو مياه الصنبور غير المفلترة موصلات أيونية أفضل من الماء النقي.

أفضل بطارية مكونة من الطعام، هي تلك المكونة من أي نوع من الخضار أو الفواكه بنسبة عالية من الأيونات عالية الناقلية، مثل البوتاسيوم أو الصوديوم، والتركيب الداخلي الملائم لإنتاج تيّار كهربائي.

البطاطس، والتي تمتلك تركيبًا متجانسًا، والمخلل، الذي يمتلك نسبةً عالية من الصوديوم والحموضة، يعدّان مثالًا على هذه الأطعمة.

للحصول على “طاقة” كهربائية أعلى، يمكنك وضع البطاطس الخاصة بك في محلول ملحي قبيل إجراء تجربتك العلمية، بناءً على Hickner.

على النقيض، الطماطم تمتلك تركيبًا داخليًا فوضويًا وغير منظم وغالبًا ما تحتوي على أماكن للتسريب.

حتى البرتقال – والذي يمتلك نسبًا عالية جدًا من البوتاسيوم – لن يعمل جيدًا، وذلك لأن التكوين الداخلي للب هذه الفاكهة يكون مقسمًا لحزوز، وهذه تنشئ حواجزًا تعيق انتقال التيّار الكهربائي.

وذلك بناءً على تصريح من الأستاذ Paul Takhistov، المساعد في هندسة الطعام من جامعة Rutgers في نيو جيرسي، ل Live science.

الفواكه والمعادن

بعض الخضار والفواكه ربما تكون مليئة بالأيونات فائقة الناقلية، ولكنك ستحتاج لبعض المواد الأخرى لتحويلها إلى بطاريات.

مصدر الجهد الكهربائي من البطارية يأتي من الأقطاب الكهربائية المصنوعة من معدنين مختلفين، مثل النحاس والزنك، يقول Hickner.

يمكنك بسهولة أن تصنع بطارية بطاطس أو مخلل باستخدام عملة نحاسية ومسمار مطلي (والذي يكون غالبًا مصنوعًا من الحديد المطلي بالزنك).

بحسب Takhistov: «لا يمكن للخضراوات أو الفواكه أن تنقل الكهرباء بمفردها، لأنها تحتاج شيئًا يقوم بدفع الأيونات، فعندما تقوم بإدخال معدنين مختلفين وتوصيلهما عبر الأسلاك، فأنت تقوم بصنع دارة كهربائية.

ثم عندما تقوم هذه المواد بالاتصال بالمحلول الموصل، تبدأ تفاعلات البطارية بإنتاج الجهد.

بسبب اختلاف الجهد بين المعدنين، تبدأ الأيونات الموجبة والسالبة بالتحرك بحريّة».

ولكن، هل يمكن لبطارية مكونة من البطاطس أن تزوّد – على سبيل المثال – هاتفًا بالطاقة اللازمة؟ غالبًا، لا.

يمكن لبطارية من البطاطس أن تنتج جهدًا مقداره 1.2 فولت.

ويقول Takhistov أنه يجب عليك أن توصل العديد من حبّات البطاطس على التوازي لتنتج تيّارًا يكفي لشحن جهاز مثل هاتفك المحمول.

ويضيف أنه: «عند تلك المرحلة، سيكون من الأسهل لك غالبًا أن تستخدم شاحن هاتفك وحسب».

• ترجمة: أسماء الدويري.
• تدقيق: رزان حميدة.
• تحرير: عيسى هزيم.
• المصدر