Dēbereinera lampa — vēsture un darbības princips

Dēbereinera lampa — izcils vēstures stāsts un darbības princips: kā ūdeņradis, platīns un katalīze radīja pirmās ķīmiskās šķiltavas.

Dēbereinera lampa ir viena no pirmajām šķiltavām, kas darbojās bez berzes vai dzirksteļiem. To 1823. gadā izstrādāja vācu ķīmiķis Johans Volfgangs Dēbereiners. Šo šķiltavu ražoja un izmantoja aptuveni līdz 1880. gadam. Oriģinālie ierīces eksemplāri ir saglabājušies un ir apskatāmi, piemēram, Heidelbergas pilī un Vācijas muzejā (Deutsches Museum). Dēbereinera lampa bija praktisks un tehnoloģisks jaunievedums savā laikmetā — tā ļāva iegūt liesmu ātri un salīdzinoši droši, bez nepieciešamības pēc dzeltenā fosfora vai berzes šķiltavām.

Darbības princips

Šķiltavas darbības pamatā ir ķīmiska reakcija, kuras rezultātā rodas ūdeņradis, un šī gāze katalītiski aizdedzinaies, saskaroties ar platīna virsmu. Īsumā process notiek šādi:

• Stikla cilindrā (attēlā apzīmēts kā a) atrodas skaidri redzams vietas rezervuārs liesmai.
• Atvērtajā pudelē (apzīmēta kā b) glabājas metāls — parasti cinks. Pudelē ir arī vārsts, ko atver un aizver ar sviru (apzīmēta kā f).
• Atverot vārstu, no cilindrā esošās tvertnes ieplūst sērskābe pudelē un nonāk saskarē ar cinku. Notiek šīs reakcijas rezultātā ūdeņraža veidošanās:

Z n + H 2 S O 4 ⟶ Z n 2 + + S O 4 2 - + H _ 2 ↑ {\displaystyle \mathrm {Zn+H_{2}SO_{4}\longrightarrow Zn^{2+}+SO_{4}^{2-}+H_{2}\uparrow } }

Radītā ūdeņraža gāze izplūst uz augšu caur pudeles kaklu un apiet blakus vārstam esošo platīnu. Saskarē ar platīna smalko virsmu ūdeņradis reaģē ar atmosfērisko skābekli, pateicoties platīna katalītiskajam efektam. Šī reakcija ir eksotermiska — tā atbrīvo siltumu, kas pietiekami sakarsē gāzes maisījumu, lai tas aizdegās (radot parastu sadegšanas procesu) un izveidotos liesma, jo rodas ūdens pēc reakcijas:

2 H 2 + O 2 ⟶ 2 H 2 O {\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}+O_{2}\longrightarrow 2\ H_{2}O} }

Konstrukcija un detaļas

Tipiskā Dēbereinera lampā var izcelt šādas daļas:

• Stikla cilindrs (a) — tajā veidojas un tiek novērota liesma.
• Pudele ar cinku (b) — šeit notiek reakcija ar sērskābi, kas rada ūdeņradi.
• Vārsts un sviras mehānisms (f) — pārvalda sērs skābes plūsmu un tādējādi ūdeņraža ģenerēšanu.
• Platīna sloksne vai poraina platīna masa — katalizators, kas neizdeg, bet veicina ūdeņraža un skābekļa kombinēšanos bez ārējas uguns vai dzirksteles.

Platīns tiek izmantots tāpēc, ka tas ir ļoti labs katalizators un neoksidējas viegli. Plaši izmanto smalki daļiņotu vai porainu platīnu (dažkārt uz poraina oglekļa), jo tā ir liela aktīvā virsma, kas ātri pārkāpj gāzu saistīšanos un ļauj drošai, stabilai aizdegšanai.

Vadība un drošība

Lai apturētu liesmas rašanos, pietiek ar to, ka vārstu aizver — t. i., svira tiek nolaista. Ja vārsts ir aizvērts, ūdeņradis vairs nevar izplūst no pudeles, un spiediens iekštelpās spiež sērskābi atpakaļ stikla cilindrā, pārtraucot reakciju. Šajā brīdī liesma nodziest, jo pietrūkst degvielas plūsmas uz katalizatoru.

Tomēr jāuzsver drošība: ūdeņradis ir ļoti uzliesmojoša gāze, un nepareiza ierīces lietošana var radīt sprādziena, ķīmisku apdegumu vai ķīmisku noplūdi risku. Mūsdienās reproducēt šādu ierīci mājas apstākļos nav ieteicams. Muzeju eksponātos ierīces ir nostiprinātas un demonstrētas drošos apstākļos.

Vēsturiskā nozīme

Dēbereinera lampa bija nozīmīgs solis uz drošākām un ērtākām uguns iegūšanas metodēm 19. gadsimtā. Tā parādīja praktisku katalīzes pielietojumu ķīmijā un popularizēja zinātniskus principus ikdienas priekšmetos. Vienlaikus šī ierīce veicināja interesi par vācu un Eiropas ķīmijas sasniegumiem, kuru viena no izpausmēm bija arī Dēbereinera darbs.

Saīsināti — Dēbereinera lampa demonstrē, kā, izmantojot ķīmiskas reakcijas un katalītisko efektu, var droši un ātri radīt liesmu bez tradicionālajām šķiltavu metodēm. Tā ir nozīmīgs vēsturisks piemērs tehnoloģijai, kuras principi vēl joprojām ir aktuāli mūsdienu ķīmijā un katalīzes pētījumos.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir Döbereinera lampa?

J: Kā tas darbojas?

J: Kas izgudroja Dēbereinera lampu?

J: Kur var atrast šīs šķiltavas oriģinālversijas?

J: Kādi elementi tiek izmantoti šajā ķīmiskajā reakcijā?

J: Kas notiek, kad sviru atlaiž?

Meklēt pēc burta