لماذا تولد بعض الفواكه والخضروات الكهرباء؟

في أي معرض للعلوم ، يكاد يكون مضموناً أن ترى ما لا يقل عن تجربتين هما: تجربة البركان “clichéd papier-mâché volcano”، وتجربة بطارية البطاطس. قد يعتقد العديد من الناس أنه من المدهش أن قطعة بسيطة من المحصول يمكن أن تنقل الكهرباء. كما اتضح، ولكن هذه ليست القصة كلها.

هناك العديد من أنواع النواقل الكهربائية. وتشمل النواقل الكهربائية التقليدية، مثل الأسلاك النحاسية والفضية التي تستخدم لنقل التيارات الكهربائية في المنازل والمباني، والنواقل الأيونية والتي يمكن أن تنقل الكهرباء بوساطة أيونات متحركة حرة.
فالمواد العضوية، مثل الأنسجة البشرية أو البطاطس هي نواقل أيونية تقوم بإنشاء دوائر أيونية. الشوارد – المركبات الكيميائية التي تخلق أيونات عند إذابتها في الماء – في هذه المواد تقوم بكل العمل.

وقال “مايكل هيكنر” وهو أستاذ مساعد في علوم وهندسة المواد في جامعة “بنسلفانيا” ، لـ “لايف ساينس”: “تقوم الفاكهة والخضار بنقل الكهرباء بالطريقة نفسها التي يكمل بها محلول الملح دارة كهربائية، حيث يرجع ذلك إلى أن الأيونات الموجودة في محلول الملح لا تقوم بنقل الإلكترونات كما تفعل الموصلات الكهربائية التقليدية.
يحتوي الناقل الأيوني على شحنات موجبة وسالبة – تعرف باسم أيونات مشحونة – تتحرك بحرية عندما تتلامس مع جهد كهربائي. على سبيل المثال، عندما يتم إذابة ملح الطعام في الماء، فإن الصوديوم والكلوريد – اللذان يحملان شحنات متعاكسة، مثل ( + Na و – Cl ) يخلقان محلولاً أيونياً، على حد قول “هيكنر”. تسمى هذه المحاليل الأيونية بالشوارد ويمكن العثور عليها في كل شيء حي. ولهذا السبب، من الناحية الفنية يمكن أن يصبح أي نوع من الفاكهة أو الخضروات ناقلاً أيونياً، ولكن بعضها أفضل من غيرها. هذا هو السبب أيضاً في المياه المالحة أو مياه الصنبور غير المفلتر التي تعد ناقلات أيونية أفضل من المياه العذبة المفلترة.

اقرأ أيضاً على أعجمي: حماية البيئة واجب الجميع! إليكم 12 نصيحة بسيطة لتكونوا جزءاً من العملية

أفضل بطارية طعام هي فاكهة أو خضروات ذات مستويات عالية من الأيونات فائقة التوصيل، مثل البوتاسيوم أو الصوديوم، والبنية الداخلية المناسبة لإنشاء تيار عمل. فالبطاطس، التي لها بنية متجانسة، والمخللات التي لديها مستويات عالية من الصوديوم والحموضة، هي أمثلة جيدة لمثل هذه الأطعمة. للحصول على جاذبية كهربائية إضافية، يمكنك نقع البطاطس في الماء المالح قبل إعداد تجربة بطارية البطاطس، على حد تعبير “هيكنر”.

على العكس من ذلك، تحتوي الطماطم على بنية داخلية غير منظمة وفوضوية، وغالباً ما تتسرب. وحتى البرتقال – الذي يحتوي على مستويات عالية من البوتاسيوم – لن يعمل بشكل جيد ، لأن الثمرة تنقسم إلى حجرات داخلية ، وتنتج هذه الحواجز عوائق للتيار، كما قال “بول تاخيستوف” وهو أستاذ مشارك في الهندسة الغذائية في جامعة “روتجرز” في “نيو جيرسي”، ل “لايف ساينس”.

الفاكهة والمعادن

قد تكون الفاكهة والخضروات ممتلئة بالأيونات فائقة الناقلية، ولكنك ستحتاج إلى المزيد من المواد الأخرى لتحويل هذه الأطعمة إلى بطاريات. وقال “هيكنر” إن التيار الكهربائي من البطارية يأتي من أقطاب كهربائية مصنوعة من معدنين مختلفين، مثل النحاس والزنك. حيث يمكنك بسهولة صنع بطارية بطاطس أو مخلل باستخدام قطعة نقدية صغيرة من النحاس ومسمار عادةً ما يكون مصنوعاً من الحديد المطلي بالزنك.

وقال “تاخيستوف”: “لا تستطيع الفاكهة أو الخضار أن تتصرف بمفردها. فهي بحاجة إلى شيء يوجه الأيونات، فعندما تقوم بإدخال معدنين مختلفين وتصلهما بسلك، فإنك تقوم بإنشاء دارة كهربائية. وبعد ذلك، عندما تصبح هذه المادة على اتصال مع الشوارد، يبدأ تفاعل البطارية في توليد الجهد بسبب الاختلاف في الشحنات الكهربائية بين المادتين، وستبدأ الأيونات الموجبة والسالبة في التحرك بحرية”.

ولكن هل يمكن لبطارية البطاطس أن تزود على سبيل المثال هاتف بالكهرباء؟ على الأغلب لا تستطيع ذلك

“يمكن لبطارية البطاطس إنتاج حوالي ( 1.2 فولت ) من الطاقة فقط، فأنك ستحتاج إلى ربط العديد من بطاريات البطاطس بالتوازي لإنشاء ما يكفي من تيار لشحن جهاز مثل الهاتف أو الكمبيوتر اللوحي. في تلك المرحلة ربما يكون من الأسهل أن تستخدم شاحن هاتفك” حسب ما قال “تاخيستوف”.

مترجم بتصرف عن: livescience للكاتبة: Joanna Fantozzi