Döbereineri lamp: ajalugu ja tööpõhimõte

Döbereineri lamp: ajalugu ja tööpõhimõte — süvitsi artikkel esimese süütaja leiust, vesiniku‑reaktsioonist, plaatina katalüüsist ja 19. sajandi tehnilisest pärandist.

Döbereineri lamp on üks esimesi tööstuslikult laiemalt tuntud süütajaid. Selle töötas 1823. aastal välja saksa keemik Johann Wolfgang Döbereiner. Tulemasinat hakati valmistama ja kasutama laiemalt 19. sajandi keskpaigast ning seda toodeti umbes 1880. aastani. Tänapäeval on Döbereineri originaallampe eksponeeritud muuseumides, näiteks Heidelbergi lossis ja Saksa muuseumis (Deutsches Museum).

Ehitus ja peamised osad

Tüüpilise Döbereineri lambi konstruktsioon on lihtne ja praktiline. Peamised osad on:

• klaassilinder, kuhu on paigutatud happeline lahus;
• suletav väike metallpudel, kus hoitakse tsinki või mõnda muud aktiivset metalli (sageli tsink);
• väävelhape või muu tugev hape, mis segunedes metalliga tekitab vesinikku;
• hoov (originaalis märgitud f), mis avab või sulgeb happe voolu väikesse pudelisse;
• klapp, mille kaudu vabaneb tekkiv gaas;
• katalüütiline plaatina (tavaliselt peen või poorne plaatina, küljes või lähedal), mis asub klapi juures ja mille juures vesinik gaasina kontaktmetalli ja õhuga saab.

Tööpõhimõte samm-sammult

Tulemasin töötab vesiniku genereerimise ja selle ning õhuhapniku vahelise reaktsiooni alusel. Lihtsustatult kulgeb protsess järgmiselt:

1. Hoobiga (f) avatakse väike pudel ning väävelhape voolab klaaspudelisse, kus asub tsink.
2. Kui hape jõuab tsingini, algab redoks-reaktsioon ja tekib vesinikgaas, mis hakkab pudelist läbi klapi välja voolama.
3. Vesinik pääseb läbi klapi ja liigub mööda katalüütilist plaatina pinda; plaatina põhjustab vesiniku ja õhu kokkupuutel kiirema reaktsiooni (katalüütiline süttimine).
4. Gaasi- ja õhusegu (nn oksivesinik) põleb eksotermilise reaktsiooni tõttu ning tekiv leek või säde süütab väljuva gaasi — seega tekib tulekolle.
5. Töö lõpetamiseks sulgetakse hoob: väävelhape tõmmatakse tagasi klaassilindrisse ja vesiniku tekkimine peatub.

Keemilised reaktsioonid

Väävelhappe ja tsingi vahel toimuva reaktsiooni kirjeldus on järgmine:

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 } }

Tekkinud vesinik reageerib õhus oleva hapnikuga platina katalüüsi juures:

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

Selle reaktsiooni vabaneb soojus (eksotermiline), mis aitab gaasi süttida ja hoida leegiga süttivat piirkonda.

Katalüütiline toime ja plaatina roll

Plaatina ei osale keemiliselt püsivalt reaktsioonis (ei fossileeru), vaid kiirendab vesiniku ja hapniku rekombinatsiooni. Tavaliselt kasutatakse plaatina pinna töödeldud (nt plaatina mustus ehk "platinum black") või peene võrgu kujul, et saavutada suur pindala ja tõhus katalüüs. Kui vesinik satub plaatina pinnale, lagundatakse H–H side ja aktiveeritud aatomid kombineeruvad hõlpsasti O‑aatomitega, mis viib vee tekkimiseni ja lokaalse kuumenemiseni.

Ajalooline ja praktiline tähendus

Döbereineri lamp oli tähtis esmene praktiline süütaja ajal, mil isiklikud tule- ja süüteseadmed veel levinud ei olnud. Seda kasutati sigarite ja väiksemate tuleasemete süütamiseks. Seadme leiutamine aitas demonstreerida katalüüsi põhimõtet ja edendas keemiaalaseid teadmisi 19. sajandil. Döbereineri tööst sai varajane tõend katalüütilistest protsessidest ja sellest sai inspiratsiooniks edasistele uurimustele pindaktiivsuse ja katalüüsi vallas.

Ohutus ja piirangud

• Seade toodab ja kogub vesinikku — see on väga plahvatusohtlik gaas, eriti segunult õhuga. Reageerivat segu tuleb käsitleda ettevaatlikult.
• Väävelhape on korrosiivne ja söövitav; sellega kokkupuude põhjustab tõsiseid põletusi ning nõuab hoolikat käitlemist ja sobivaid kaitsevahendeid.
• Plaatina võib olla kallis ning seadme töö sõltub katalüüsi toimimisest; plaatina saastumine või pinnamuutused vähendavad efektiivsust.
• Tänapäeval on seade pigem ajalooline huviväärsus kui igapäevane süütamisvahend — moodsad taskulambid, tulemasinad ja tulemasinad on lihtsamad ja turvalisemad.

Muuseumisäilitamine ja näited

Mitmed muuseumid hoiavad Döbereineri lampe näitustel. Originaalsete eksemplaride säilitamiseks pööratakse tähelepanu klaasi, metallosade ja eriti happelise jäägi eemaldamisele ning plaatina seisundi dokumenteerimisele. Muuseumides kasutatakse neid sageli demonstratsiooniks, et näidata varajase katalüüsi ning keemiliste süütamiste põhimõtteid.

Kokkuvõttes on Döbereineri lamp oluline ajalooline leiutis, mis ühendas lihtsa keemilise reaktsiooni ja katalüüsi praktilise rakenduse kaudu tule tootmiseks. Samas nõuab selle töö mõistmine ja demonstreerimine täiendavat tähelepanu ohutusele.

Küsimused ja vastused

K: Mis on Döbereineri lamp?

K: Kuidas see töötab?

K: Kes leiutas Döbereineri lambi?

K: Kust saab leida selle tulemasina originaalversioone?

K: Milliseid elemente kasutatakse selle keemilise reaktsiooni puhul?

K: Mis juhtub, kui kangi lahti lasta?

Otsing