2. Só és (villamos) elem / A só és a telep

A „Csapdapókok” (egy kicsiny de végtelenül érdekes és minden „Fekete Özvegy” történetemet ihlető csoport) egyik legutóbbi összejövetelén kiváló barátom, L. Sprague de Camp az alábbi történelmi anekdotát mesélte el, amelynek igaznak kell lennie, mivel eddig még sohasem hallottam:

Goethe – mesélte – meglátogatta Bécsben Beethovent és egy alkalommal kisétáltak az utcára. A bécsiek áhítatos meglepődéssel ismerték fel őket. A szembejövők félreálltak a két szellemóriás elől, hogy utat adjanak nekik, a férfiak mélyen meghajoltak, a nők illedelmesen pukedliztek.

Végül Goethe megszólalt: „Tudja, Herr von Beethoven, a csodálatnak e túlzó megnyilvánulásai már-már terhemre vannak.”

Mire Beethoven: „Sose zavartassa magát, Herr von Goethe, biztos vagyok benne, hogy a csodálat nekem szól!”

A történetet derűs nevetéssel fogadták és nálam senki sem nevetett lelkesebben, mivel igen nagyra értékelem a művészi önbecsülés szellemes kifejezését („nyilvánvaló okoknál fogva”... mondhatnák olvasóim).

Miután jól kikacagtam magam, megjegyeztem: – Tudja, szerintem Beethovennek igaza volt. Mégiscsak ő volt a nagyobb ember.

– Valóban? – vonta fel a szemöldökét Sprague. – Miből gondolod, Isaac?

– Azért – feleltem –, mert Goethe műveit végül is le kell fordítani.

Rövid csönd után Le Corbellier (aki matematikát tanít és mellesleg mintaszerű úriember) megszólalt: – Lehet, hogy nem is vagy vele tisztában, Isaac, de szerintem mélyértelmű kijelentést tettél.

Természetesen nagyon is tisztában voltam vele, de az ember igyekezzék megőrizni szerénységét, ezért csak ennyit mondtam: – Igazán borzasztó, Jean. Rendre mélyértelmű dolgokat mondok, de sohasem vagyok vele tisztában.

Ennél szerényebbnek lenni, szerintem képtelenség.

Akárhogyis, lehetséges, hogy ezekben a havi esszéimben néha, teljesen véletlenül, szintén mondok valami mélyértelműt. Ha netán rajtakapnak, kérem, tudassák velem. Igazán értékelném.

Azt, amiről ebben a tanulmányban szeretnék beszélni, egy olasz anatómustól, Luigi Galvanitól (1737-1798) kell kezdenem. Ő egyformán érdeklődött az izmok működése és a villamos jelenségek iránt. Laboratóriumában tartott egy Leydeni palackot, egy olyan szerkezetet, amely jelentős mennyiségű elektromos töltés tárolására képes. Ha egy feltöltött Leydeni palackot eleven emberen sütnek ki, azt igen kellemetlen villamos sokk érheti. Még egy viszonylag enyhe kisülés is görcsöt idézhet elő az izmaiban és (legalábbis mások szemében) mulatságos rángatózásra késztetheti.

Galvani 1791-ben megfigyelte, hogy a kisülő Leydeni palack szikrái, amint frissen felboncolt békák combizmaihoz érnek, olyan heves rángásra kényszerítik a már halott izmokat, mintha elevenek volnának.

Ilyesmire már korábban is felfigyeltek, de Galvani valami teljesen új dolgot is észrevett. Amikor egy fémszikével abban a pillanatban érintette meg a holt békacombot, amikor a közelben lévő Leydeni palackból is kipattant egy szikra, az izom összerándult, még mielőtt a szikra közvetlenül érintette volna.

Ezt távolból érvényesülő hatásnak tekintette. Feltételezte, hogy a szikra elektromos töltést kelt a fémtárgyban és tulajdonképpen ez a töltés hat a megérintett izomra.

Ha ez így van, akkor talán hasonló távolsági hatás váltható ki a villámból is, amelyről akkoriban már tudták, hogy a Leydeni palackéhoz hasonló elektromos kisülés, csak éppen felmérhetetlenül nagyobb erejű (lásd: „A végzetes villám” Pályájukon a csillagok). Ha a Leydeni palack hatása néhány lábnyi távolságban érvényesül, ugyanez a villám esetében több mérföldnyi távolságban is lehetséges.

Galvani ezért kivárt egy zivatart, s akkor fogta magát és békacombjait rézkampókon kiaggatta egy, az ablaka előtt kifeszített vasdrótra. És lámcsak, a villám kisülésének pillanatában a békaizmok valóban összerándultak. Egyetlen bökkenő maradt csupán: a békacombok akkor is rángatóztak, amikor nem volt látható villám.

A csodálkozó Galvani elvégzett még néhány kísérletet és megállapította, hogy a rángásokra akkor kerül sor, amikor a rézkampókkal érintkező izmok a vashuzalhoz is hozzáérnek. Az izmokkal egyszerre érintkező két különböző fém nem csupán összerándította őket, hanem többször is képes volt a jelenség megismétlésére. Nyilvánvalónak tűnt, hogy valamiképpen villamos töltés keletkezik, amely nem sül ki véglegesen az összerándulások alkalmával, hanem újból és újból képes újratöltődni.

Az volt a kérdés, vajon honnan származhat ez a villamosság? Az anatómus Galvani úgy vélte, hogy magukból az izmokból. Az izom igen bonyolult szerkezetű anyag, míg a réz és a vas csupán réz és vas! Ezért aztán Galvani „állati villamosságról” beszélt.

Kísérleteit széleskörűen publikálta és a közönség rendkívül izgalmasnak tekintette a jelenséget. Végül is az izmok rángatózása az élet jeleként értelmezhető. Az elhalt izom önmagától sohasem rándul össze. Ha viszont az elektromos kisülés hatására mégis megteszi, akkor a villamosság talán valamiféle életerővel rendelkezik, amely a holt izmot pillanatnyi életszerű működésre késztetheti.

Megdöbbentő volt a tapasztalat, és hatására egyesek arra gondoltak, hogy a villamosság segítségével az élet valahogy visszavarázsolható az elhalt szövetekbe. Ez hatalmas, új SF felismerés volt és elősegítette a Frankenstein megszületését, a regényt sokan a valódi tudományos-fantasztikus irodalom első fontos képviselőjének tekintik.

Ha valaki villamos sokkra (illetve bármely váratlan érzetre vagy érzelemre) izomrángással reagál, máig azt mondjuk, „galvanizálódon”.

Nem mindenki fogadta el azonban Galvani tételét az eleven villamosságról. Legfőbb ellenfele egy másik olasz tudós, Allessandro Volta (1745-1827) volt. Ő úgy vélte, hogy a villamosság forrását a fémek és nem az izmok jelentik. Ezt igazolandó, két különböző fém érintkeztetésével kísérletezett és 1794-re meggyőződött róla, hogy azok villamos feszültséget teremtenek akkor is, ha a közelben nincs semmiféle izomszövet.

(Ezzel megkeserítette szegény Galvani utolsó éveit. Szeretett felesége meghalt, és 1797-ben még professzori állását is elveszítette, mivel nem volt hajlandó felesküdni a hódító Bonaparte Napóleon tábornok által létrehozott kormányra. Röviddel ezután nagy szegénységben és nyomorban végezte életét. Volta viszont közönyös volt a kormányok iránt, ezért készségesen felesküdött bármely hatalomra, és virágzó tevékenységet folytatott, mialatt Napóleon hatalma csúcsára emelkedett, majd később elbukott.)

Volta számára nyilvánvaló volt a villamos töltés meglétének ténye két különböző fém érintkezési pontjánál, a jelenség magyarázatával azonban nem volt tisztában. (Ilyesmi elég gyakran fordul elő a tudomány világában. Például ma épelméjű tudós nem vonja kétségbe a biológiai evolúció tényét, még az általános magyarázat is világos, bizonyos részletei azonban máig vita tárgyát képezik.)

Előfordul, hogy a kielégítő magyarázat megtalálása tekintélyes időt vesz igénybe. A kétféle fém keltette villamosság esetében, a jelenség első megfigyelését követően egy teljes évszázadnak kellett eltelnie, mire megszületett a hitelt érdemlő magyarázat.

Ma már tudjuk, hogy minden anyag atomokból épül fel, amelyek mindegyike a középpontjában elhelyezkedő kis, pozitív töltésű magból és a körülötte keringő, negatív töltésű elektronokból áll. A mag pozitív töltése pontosan kiegyensúlyozza a hozzá tartozó összes elektron negatív töltését, így az atom önmagában, kifelé nem rendelkezik villamos töltéssel, vagyis semleges.

Minden eltérő szerkezetű atomból elmozdíthatok elektronok, csupán e folyamat nehézségi foka különböző. Így például a cinkatomokról lényegesen könnyebben leválaszthatók elektronok, mint a rézatomokról. Másképpen megfogalmazva: a rézatomok szilárdabban tartják fogva elektronjaikat, mint a cinkatomok.

Képzeljük el ezek után, hogy egy réz és egy cinkdarab szorosan illeszkedik egymáshoz. A cinkatomok elektronjai a fémek találkozási felületénél hajlamosak átáramlani a rézbe. Erősebb szerkezete révén viszont a réz elektronokat „zsákmányolhat” a cinktől.

Miután a réz negatív töltésű elektrontöbbletre tett szert, természetesen teljes egészében negatív töltésűvé válik. Az elektronjai egy részét elveszítő cink atommagjának pozitív töltése ily módon részben kiegyensúlyozatlanná válik és ezáltal pozitív töltést nyer. A kísérletezők kimutathatják ezeket a töltésbeli eltéréseket, amelyek végül is előidézik a fémkombinációk elektromos viselkedését.

Vélhető lenne, hogy a fémek érintkezésénél a villamos töltés a végtelenségig fokozódhat, amint a cinkből egyre több és több elektron vándorol át a rézbe, de nem így van. Miután a réz negatív villamos töltése kialakul, kezdi taszítani a szintén negatív töltésű elektronokat („az egyforma töltések taszítják egymást”) és ez megnehezíti a többi elektron behatolását. Másrészt, miután a cink pozitív töltésűvé vált, jobban vonzza a benne megmaradó elektronokat (az ellenkező töltések vonzzák egymást), ez pedig megnehezíti a többi elektron eltávozását.

Minél erősebbé válik a két fém megfelelő töltése, annál nehezebb e töltések további fokozódása. A folyamat nagyon hamar teljesen leáll, amint egy kicsiny (de már kimutatható) töltés kialakult.

Azonban még az ilyen csekély hatásoknak is megvan a maguk haszna. A hőmérséklet változásával megváltozik az atommagnak az elektronokra gyakorolt vonzása is, de különböző fémek esetén rendszerint eltérő mértékben. Ez azt jelenti, hogy változó hőmérséklet mellett az elektronok egyik fémből a másikba történő átvándorlásának tendenciája, s ennélfogva a kialakuló elektromos töltés mértéke is vagy növekszik, vagy csökken. Ezért az ilyen „hőelektromos kapcsolódásokat” hőmérőként használhatjuk.

Volta azonban olyan szerkezet megteremtésén töprengett, amelyből villamos töltés vonható el, s amelyen belül ez a töltés ismét helyreállhat. Mivel a két különböző fém ismételt rángásokra késztetheti az izmokat, elektromos töltésük is szükségszerűen újrakeletkezik. Ha e töltést nem vonjuk el gyorsabban, mint ahogy újratermelődik, egyenletes villamos áramláshoz juthatunk.

Ez óriási jelentőségű újítás lehetne, mivel mindaddig, vagy kétezer éven át a tudósok csupán a „statikus villamosságot” tanulmányozták, tehát az olyan elektromos töltést, amely egy bizonyos helyen kialakul, ott megmarad, majd a kisülés pillanatában egyszerre elfolyik. Volta ezzel szemben a „dinamikus elektromosság” előállításán munkálkodott, az olyan villamos töltésén, amely folyamatosan és végtelen ideig áramlik egy vezetőn keresztül. Ezt a jelenséget általában „villamos áramnak” nevezzük, mivel igen sok tekintetben hasonlít a víz áramlásának sajátosságaihoz.

Ahhoz, hogy a villamosság áramoljon, Voltának valami olyasmire volt szüksége, amin valóban keresztüláramolhat. Már addig is ismeretes volt, hogy a villamosság átáramolhat bizonyos szervetlen anyagok oldatain és 1800-ban Volta e célra kiválasztotta a legközönségesebb ilyen anyagot, a konyhasót, vagyis a nátriumkloridot.

Az ő találmánya volt a sós vízzel félig teli edény, amelynek egyik oldalán egy réz, a másikon pedig egy cinkcsíkot merített az oldatba. Hamarosan arra is rájött, hogy a hatás fokozható, ha egyszerre több hasonló edényt alkalmaz. E célból egy sorozat fémcsíkot állított elő, amelyek egyik fele réz, másik fele cink volt.

Ezután sorbarakott néhány, sós vízzel teli edényt, a fémcsíkokat „U” alakba hajlította, rézvégüket az egyik, cinkvégüket pedig a következő edény oldatába merítette. Végeredményképpen mindegyik edény sós vizében egyik oldalt egy fémcsík cinkvége, másik oldalt a következő rézvége volt.

A villamos töltés az edények számának arányában növekedett. A töltést így Volta képes volt az edénysor egyik végén lévő cinkcsíkból a másikon elhelyezkedő rézcsíkba, majd az edényekben levő sóoldaton keresztül kiindulási helyére, az eredeti cinkcsíkba vezetni. Rendelkezésére állt tehát az elektromos áram (amely lényegében elektronok áramlását jelenti, de erről Volta még nem tudhatott).

Ezt az edénysort „csészekoronának” nevezte, mivel az egyes edényeket félhold alakban rendezte el. Az egyes edényeket mi ma „cellának” neveznénk. A cella általános elnevezés sokféle csoport viszonylag kisméretű egyedi elemeinek meghatározására, például börtönökben vagy kolostorokban, amelyek megfelelője az élő szervezetekben a „sejt”. A villamosságot termelő cellákat néha „Volta-oszlopnak” vagy „Galvánelemeknek” is nevezzük a terület két nagy úttörője tiszteletére, egyéb celláktól való megkülönböztetésük végett azonban legtöbbször „elektromos cellákként vagy elemekként” szerepelnek.

A másik, hasonló értelemben használatos szó a „telep”. Volta idejében az ilyesféle, sorbaállított ágyútelepeket általában erődfalak lerombolására, ellenséges csapatok sorainak megbontására használták, sokszor szorosan egymáshoz illesztve és egyszerre elsütve az ágyúcsöveket. Ez volt a „tüzérségi telep” vagy „üteg”. Később számos más, egyszerre működő, azonos célt szolgáló eszköz csoportjainak megnevezésére is használták a „telep” szót.

Volta „csészekoronája” is e jelenség egyik példája, így lett ő annak feltalálója, amit azóta elektromos telepként emlegetnek.

A telep szó oly mértékben vált használatossá különféle, fémeket és vegyszereket tartalmazó villamosság-források megjelölésére (még akkor is, ha az adott forrás egyetlen vegyszeres elem és nem ilyenek telepe), hogy eredeti jelentése fokozatosan háttérbe szorul.

És mivel Volta első elemének oly lényeges része volt a nátriumklorid, végül is a jelenlegi címet választottam e tanulmány elejére. (Ugyan, miért hördültek fel?)

A Voltáéhoz hasonló villamos telep használhatóságát szükségszerűen korlátozza, hogy bármely ügyetlen vagy vigyázatlan mozdulat könnyen felboríthat egy, vagy egész sor edényt. Ez nem csupán az áramot állítaná meg, hanem feltakarítandó koszt is csinálna. Megéri tehát kiagyalni valami módját annak, hogy a telep kevésbé sebezhető legyen.

Volta ezt egy másik zseniális találmánya segítségével oldotta meg. Apró réz- és cinkkorongokat állított elő és azokat váltakozva kis oszlopocskákká rakta össze. Mindegyik cink-réz korongpár közé sóoldatba áztatott kartonkarikákat illesztett. A papírba ivódott sós víz elegendőnek bizonyult a félig töltött edények helyettesítésére. Ha egy ilyen „volta-féle oszlop” tetejét és alját egy fémhuzal két végével egyszerre megérintették, megindult a villamos áram.

A telep feltalálása szinte azonnal új távlatokat nyitott a tudomány előtt. Alig hat héttel Volta első bejelentését követően két angol kísérletező, William Nicholson (1753-1815) és Anthony Carlisle (1768-1840), kevés kénsavval vezetővé tett vízen juttatott keresztül villamos áramot.

Azt vették észre, hogy a villanyáram könnyűszerrel képes arra, amit abban az időben semmilyen más módon nem sikerült elérni. Ugyanis felbontotta a vizet alkotóelemeire: hidrogénre és oxigénre. Nicholson és Carlisle tehát felfedezte az „elektromos [elektrolitikus] bontás” módszerét.

Az eljárás segítségével a vegyészek bebizonyíthatták, hogy a vízből keletkező hidrogén mennyisége kétszerese az oxigénnek. Ez viszont ahhoz a felismeréshez vezetett, hogy minden vízmolekula két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll, s így megszületett a víz máig használatos H₂O képlete.

A vegyészek ezután, természetesen megpróbálták a villamos áramot más olyan molekulák széthasítására is felhasználni, amelyek eddig minden, nem elektromos módszernek ellenálltak. Pontosan úgy, ahogy a huszadik századi fizikusok versengtek, hogy ki épít nagyobb részecskegyorsítót, azaz „atombontót”, a tizenkilencedik század elején a vegyészek az elektromos telepek segítségével minél nagyobb „molekulabontókat” igyekeztek készíteni.

Humphry Davy, angol vegyész (1778-1829) lett a győztes, aki 250 fémlemezkéből álló telepet épített. Mindaddig az volt a legnagyobb, és a legerősebb villamos áramot szolgáltatta. Davy ezután olyan közönséges anyagokhoz nyúlt, mint a hamuzsír vagy a mész, amelyeket a korabeli vegyészek meggyőződése szerint valamilyen fém és oxigén kombinációja alkotott. Mindaddig azonban semmilyen módszerrel sem sikerült kivonni belőlük az oxigént és ily módon tiszta fémet előállítani.

Davy 1808-ban, villamos telepe segítségével sikerrel bontott fel molekulákat és állított elő káliumot hamuzsírból, kalciumot mészből, nátriumot, báriumot és stronciumot más vegyületekből. Mindezek aktív fémeknek bizonyultak, s a kálium volt a legaktívabb közülük. A kálium reakcióba lépett a vízzel, összekapcsolódott annak oxigénjével, és olyan heves iramban termelt hidrogént, hogy az a levegő oxigénjével viharosan egyesülve egyenesen lángralobbant. Ezt látván Davy rájött, hogy sohasem látott, ráadásul mindaddig elképzelhetetlen tulajdonságokkal felruházott anyag jelenik meg előtte, és eszeveszett diadaltáncba kezdett, amire meg is volt minden oka.

Minden villamos telepben van egy olyan anyag, amely hajlamos elektronokat felvenni és így negatív töltést nyerni, és egy olyan, amely inkább elektronokat ad le és pozitív töltést kap. Ez a két „elektromos pólus”, a negatív és a pozitív „sarok”.

A polihisztor amerikai férfiú, Benjamin Franklin (1706-1790) állította elsőként, hogy az elektromosságban csupán egyetlen fluidum játszik szerepet, amelyből egyes anyagok felesleggel rendelkeznek, mások viszont hiányt szenvednek. Arról azonban semmiképpen sem lehetett tudomása, mely anyagok esetében melyik lehetőség áll fenn, ezért 1750 körül még csak találgathatott. Attól fogva azonban állítását mégis közmegegyezéses igazságként fogadták el. Volta réz-cink elemében például (Franklin feltevésének megfelelően) a réz a pozitív, a cink a negatív sarok. Amennyiben az áram a felesleg felől a hiány felé halad, ahogyan annak természetesen lennie kell, akkor (szintén Franklin hipotézise szerint) ez az irány a réz felől a cink felé mutat.

Franklinnak ötven-ötven százalék esélye volt a helyes irány megállapítására, de elveszítette a fogadást. Ma már tudjuk, hogy az elektrontöbblet azon a sarkon van, amelyet Franklin negatívnak nevezett, a hiány pedig a pozitívnak tekintett oldalon, s így az elektronfolyam (azaz a villamos áram) a cink felől a réz irányába halad. Franklin helytelen feltételezésének köszönhetjük, hogy kénytelenek vagyunk mindmáig negatív töltésűnek nevezni a villamos áram létezéséért felelős elektront.

Villamos készülékek előállításakor teljesen mindegy, milyen irányban képzeljük el az áram haladását, ha végül is következetesek maradunk e téren, Franklin tévedése mégis egy mulatságos abszurditáshoz vezetett el.

Michael Faraday, angol tudós (1791-1867) azt a terminológiát kezdte alkalmazni, amelyet szintén angol tudóstársa, William Whewell (1794-1866) ajánlott neki. A két sarkot „elektródnak” nevezte el az „elektromos út” jelentésű görög szó után. A pozitív sarok lett az „anód” (vagyis „felső út”), a negatív a „katód” („alsó út”). Vizuálisan tehát a villamos áramnak, a vízhez hasonlóan a felül lévő anódtól az alsó katód felé kellene áramolnia.

A valóságban, mint az elektronok áramlásának ismeretében pontosan tudjuk, a villamos áram a katód felől az anód felé halad, tehát, ha megőrizzük az eredeti képszerűséget, „felfelé folyik”. Szerencsére azonban senki sem törődik igazán a görög szavak eredeti jelentésével és a tudósok az abszurditás legcsekélyebb érzete nélkül, nyugodt lélekkel használják a két terminus technicust. (No jó, a görög tudósok esetleg mosolyognak rajta.)

A telep működése közben az elektronok nem fogynak, mert nem fogyhatnak el. Az elektromos áram nem folyik, ha az „áramkör” nem zárt, vagyis, ha az elektronok a telepet egy ponton elhagyják, egy másikon vissza is kell, hogy térjenek bele, valamely, megszakítatlan vezető segítségével. Amennyiben a vezetőt bármikor megszakítja valami, ami nem vezető, mondjuk egy levegőrés, a villamos áram azonnal leáll.

Ennek megfelelően azt gondolhatnánk, hogy a villamos áramnak örökké mozognia, s ennélfogva örökké dolgoznia kellene, mivel az elektronok végtelen körforgást végeznek. Tehát egyetlen telep lebonthatná a világmindenség teljes vízkészletét. Ez persze azt jelentené, hogy valamiféle „örökmozgó” birtokába jutottunk, amiről ma már pontosan tudjuk, hogy lehetetlen.

Más szavakkal: az elektromos telepnek végül is ki kell merülnie, de vajon miért?

Ennek megértéséhez mindenekelőtt azt kell tudomásul vennünk, hogy a Voltáéhoz hasonló telepek valamilyen vegyi reakcióból merítik villamos áramukat. Hiszen ma már tisztában vagyunk vele, hogy kivétel nélkül, minden vegyi reakció feltételezi elektronok (teljes vagy részleges) áramlását bizonyos atomokból más atomok felé. Tehát az ily módon vándorló elektronok terelhetők olykor a drótba, hogy villamos áram váljék belőlük.

Képzeljük el például, hogy egy cinklemezt cinkszulfátoldatba merítünk. A cink semleges töltésű cinkatomokból áll, amelyeket a Zn⁰ képlettel jelölhetünk. A cinkszulfát molekulájának képlete ZnSO₄. A cinkszulfát-oldatban azonban a fémcink atomjai átadják két-két, leggyengébben kötődő elektronjukat a szulfátcsoportnak. A két elektronjától megvált cinkatom ennélfogva kettős pozitív töltéssel rendelkezik és képlete Zn⁺⁺ lesz. Ez pedig szintén Faraday terminológiájával élve, egy cink „ion”. Az „ion” szó jelentése görögül „vándorló”, ami tökéletesen megfelel az adott esetnek, mivel bármely (akár pozitív, akár negatív) villamos töltést hordozó atom vagy atomcsoport vonzódik egyik vagy másik elektródhoz, tehát feléje igyekszik.

A cink által elveszített elektronpárokat a szulfátcsoport veszi fel és így kettős negatív töltésű szulfátionná (SO₄^--) alakul át.

Mivel a cink viszonylag gyenge elektronkötéssel rendelkezik, különösen a két legkülső elektronját illetően, a cinkcsíkban lévő semleges atomok könnyen elveszítik e két elektronjukat, cinkionok formájában belépnek az oldatba, míg a két elektront hátrahagyják a fémcsíkban. A cinklemez így elektrontöbbletre és ezáltal gyenge negatív töltésre tesz szert. Az oldat befogadja a pozitív töltésű cinkionokat, amelyek semlegesítésére semmivel sem rendelkezik és így enyhe pozitív töltést nyer. E töltések kialakulása hamarosan megállítja további cinkatomok oldatba való átmenetét.

Most pedig képzeljünk el egy rézszulfátba merülő rézlemezt. A helyzet csaknem ugyanaz. A rézcsík semleges rézatomokat (Cu₀) tartalmaz, míg a rézszulfát rézionokból (Cu⁺⁺) és a föntebb már megismert szulfátionokból áll. Itt azonban a rézatomok erőteljesen megkötik elektronjaikat, és a lemez nem szándékszik rezet juttatni az oldatba. Sőt, az ellenkezője az igaz, mivel az oldatban lévő rézionok igyekeznek a lemezhez csatlakozni, miközben magukkal viszik pozitív töltésüket is. A rézlemez így gyenge pozitív töltést nyer, az oldat hasonló negatív töltést, így hamarosan itt is leáll a bemutatott kicserélődés.

Most képzeljük el, hogy zárjuk az áramkört. Tegyük fel, hogy a két oldatot nem szilárd, hanem porózus anyag választja el egymástól, amelyen az ionok, a megfelelő elektród vonzásának engedelmeskedve áthatolhatnak. Ezután képzeljük el, hogy a cinklemezt huzal segítségével a rézlemezhez kötjük.

A cinkben meglévő elektronfelesleg átáramlik a rézbe, amely viszont elektronhiányban szenved, s ily módon a cink negatív, valamint a réz pozitív töltése eltűnik. Miután mindkét töltés megszűnt, a cink egy része továbbra is cinkionokká alakul és kilép az oldatba, míg a rézionok ezután is kapcsolódhatnak a rézlemezhez. A maguk oldalán felhalmozódó cinkionok pozitívvá teszik az oldatot és emiatt átvándorolnak a porózus falon a rezes oldatba, amely a pozitív töltésű rézionok kiválása következtében negatív töltésűvé válik.

Végül, miután az elektronok továbbra is távoznak a telepből a cinklemezen keresztül és a rézen át térnek vissza belé, a teljes cinkmennyiség felhasználódik, vagyis cinkionok formájában belép az oldatba. Ezzel egyidejűleg eltűnik belőle minden rézion és semleges rézatomok formájában csatlakozik a rézlemezhez. Ahelyett tehát, hogy az egyik oldalon cinkszulfátba mártott cinklemezünk, a másikon pedig rézszulfátba merülő rézlemezünk volna, végül csak egyetlen, cinkszulfátba merülő rézlemezünk marad. Ennek következtében megszűnnek a vegyi átalakulások és velük együtt a villamos áram is elenyészik. A valóságban még a vegyi folyamatok teljes lezajlása előtt oly mértékben meggyengül a villamos áram, hogy az elem többé már nem használható.

Ha viszont az elemek csak bizonyos, korlátozott ideig használhatók, utána ki kell dobni őket, alkalmazásuk nagyon költségesnek bizonyulhat. Tudományos célokra, amelyek más úton elérhetetlenek, ugyan alkalmazhatók; egy fontos kísérlet megéri a többletköltséget. De hogy állunk a közfogyasztással, amely számos célra igen nagy mennyiségű villamos elemet igényel? (Jól ismerjük mindazt a rengeteg célt, amire az ilyen telepek használhatók, alkalmazzák is őket, egészen Volta ideje óta). Létezik-e megoldás, amely az elemek költségességét oly mértékben csökkentheti, hogy azok a mindennapi élet gyakorlatias részévé válhatnak?

Bizonyára igen, mivel még igen szerény anyagi helyzetű emberek is nap mint nap használnak villamos elemeket. Ezzel a témával a következő fejezetben foglalkozunk majd.