Döbereinerin lamppu — varhainen vetyperusteinen sytytin ja toimintaperiaate
Döbereinerin lamppu — 1800-luvun vetyperusteinen sytytin: toimintaperiaate, kemiallinen reaktio, platina-katalyysi ja historianäytteet museoissa.
Döbereinerin lamppu on yksi varhaisimmista tunnetuista sytyttimistä. Sen kehitti saksalainen saksalainen kemisti Johann Wolfgang Döbereiner vuonna 1823, ja sitä valmistettiin käytännössä kaupallisesti noin vuoteen 1880 asti. Alkuperäisiä lamppuja on nähtävissä museoissa, esimerkiksi Heidelbergin linnassa ja Deutsches Museumissa (saksalaisessa museossa).
Rakenne ja toimintaperiaate
Lamppu koostuu kahdesta pääosasta: ylemmästä kaasusäiliöstä ja alemmasta happovarastosta. Lasisylinterissä on rikkihappoa, ja erillisessä avoimessa pullossa on sinkkiä. Pullossa on yläosassa venttiili, jota vivulla voidaan avata ja sulkea.
Kun vivun avulla venttiili avataan, rikkihappo pääsee virtaamaan pullon sisään ja kosketuksiin sinkin kanssa. Sinkin ja rikkihapon välinen kemiallinen reaktio tuottaa vetyä, joka nousee pullon yläosaan ja siitä edelleen ulos lampun suuttimesta:
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 } } 
Pullon yläosassa on yleensä pieni palon sytyttämiseen tarkoitettu platinarengas tai -lankaa platinaa, jonka poikki vetykaasu kulkee ennen ulospääsyä. Vetykaasun on siis ohitettava platina, jolloin vety reagoi ilman sisältämän hapen kanssa platinan katalyyttisen vaikutuksen ansiosta. Reaktio on eksoterminen: vety ja happi yhdistyvät muodostaen vettä ja vapauttaen lämpöä, mikä aiheuttaa liekin tai kipinän syttymisen suuttimessa:
2 H 2 + O 2 ⟶ 2 H 2 O {\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}+O_{2}\longrightarrow 2\ H_{2}O} } 
Lampun toiminta on siten täysin mekaanis-kemiallinen: avaamalla venttiilin tuotetaan vetyä, vety kulkee platinan läpi, katalyytti aiheuttaa reagoinnin ja ulos suuntautuva kaasu syttyy. Kun halutaan pysäyttää palaminen, venttiili suljetaan (vipu vapautetaan). Tällöin vety ei enää pääse pullosta ulos; kaasun paine laskee ja rikkihappo pakottaa vedyntuotannon loppumaan työntämällä hapon takaisin lasisylinteriin.
Katalyysi ja miksi platina toimii
Platina toimii katalyyttina, koska sen pinnalla molekyylit adsorboituvat ja H–H ja O–O sidokset voivat katketa helpommin, jolloin atomit yhdistyvät uudelleen muodostaen vettä. Katalyytti nopeuttaa reaktiota ilman, että se kuluu itse kemiallisesti, mutta platina on kallista ja herkkää mekaanisille vaurioille.
Käyttö, merkitys ja rajoitukset
- Döbereinerin lamppu oli ensimmäisiä käteviä "itsesyttyviä" laitteita: se antoi kätevän tavan saada liekki sytyttämättä tulta tai käyttämättä tulitikkua.
- Sitä käytettiin muun muassa kemian laboratorioissa ja arkipäiväisessä käytössä ennen tulitikkujen yleistä leviämistä.
- Lamppua ei kuitenkaan voitu käyttää laajamittaisesti pitkään: platina oli kallista, laitteet olivat melko kalliita valmistaa, ja kun halvemmat ja helpommat sytyttimet (esim. tulitikut) yleistyivät, Döbereinerin lampun käyttö väheni.
Turvallisuus
Silloin kun laitetta käytetään oikein, se on suhteellisen turvallinen: venttiilin sulkeminen lopettaa vedyntuotannon. Kuitenkin väärin käytettynä tai vaurioituneena laite voi päästää vetyä hallitsemattomasti ja muodostaa räjähtävän seoksen ilman kanssa. Lisäksi rikkihappo on syövyttävää ja vaatii huolellista käsittelyä.
Nykyinen rooli
Tänään Döbereinerin lamppu on pääasiassa historiallinen kuriositeetti ja opetusesine, joka havainnollistaa varhaista sovellusta vedyn kemiallisista ominaisuuksista ja katalyytin merkityksestä. Museokappaleet esittelevät aikakautensa teknologiaa ja kemian kehitystä 1800-luvulla.
Döbereinerin lamppu: a. lasisylinterib . avoin pulloc . johdotettu . zince . stopcockf . nozzleg . platinapesusieni.
Döbereinerin lamppu.
Kysymyksiä ja vastauksia
Q: Mikä on Döbereinerin lamppu?
V: Döbereinerin lamppu on yksi ensimmäisistä sytyttimistä, jonka saksalainen kemisti Johann Wolfgang Döbereiner kehitti vuonna 1823. Sitä valmistettiin noin vuoteen 1880 asti, ja se on edelleen nähtävillä Heidelbergin linnassa ja Deutsches Museumissa (saksalaisessa museossa).
K: Miten se toimii?
V: Sytyttimen toiminta perustuu vedyn ja hapen väliseen kemialliseen reaktioon. Lasisylinterissä säilytetään rikkihappoa, kun taas sinkkiä säilytetään ylhäällä olevassa avoimessa pullossa, jossa on venttiili. Kun vipu avataan, rikkihappo virtaa pulloon, joka tuottaa vetykaasua, joka ohittaa platinan ennen kuin se reagoi ilmasta peräisin olevan hapen kanssa ja tuottaa eksotermisenä reaktiona vettä. Reaktion pysäyttämiseksi vipu on vapautettava, jotta vety ei enää pääse pullosta ulos ja työntää rikkihapon takaisin alkuperäiseen säiliöönsä.
Kysymys: Kuka keksi Döbereinerin lampun?
V: Döbereinerin lampun keksi saksalainen kemisti Johann Wolfgang Döbereiner vuonna 1823.
K: Mistä löytyy tämän sytyttimen alkuperäisiä versioita?
V: Tämän sytyttimen alkuperäisiä versioita löytyy Heidelbergin linnasta ja Deutsches Museumista (saksalaisesta museosta).
K: Mitä alkuaineita käytetään tässä kemiallisessa reaktiossa?
V: Tässä kemiallisessa reaktiossa käytetään alkuaineina vetyä, happea, sinkkiä, rikkihappoa, platinaa ja vettä.
K: Mitä tapahtuu, kun vapautat vivun?
V: Kun vapautat vivun, se pysäyttää kaikki muut reaktiot, koska vety ei voi enää poistua pullosta, mikä sitten työntää rikkihapon takaisin alkuperäiseen säiliöönsä.
Etsiä