Döbereinerjev vžigalnik: zgodovina in delovanje prve kemične vžigalice
Odkrijte zgodbo Döbereinerjevega vžigalnika: zgodovina, kemično delovanje s cinkom in žveplovo kislino, platinska kataliza in originalni muzejni primerki.
Döbereinerjeva svetilka je ena prvih vžigalic. Leta 1823 jo je razvil nemški kemik Johann Wolfgang Döbereiner. Vžigalnik so izdelovali do približno leta 1880. Na heidelberškem gradu in v Nemškem muzeju so še vedno na ogled originalne Döbereinerjeve svetilke. Naprava je bila v 19. stoletju priljubljena kot priročen in ponovljiv način za prižiganje sveč, pip in majhnih bakel, dokler je širšo rabo postopoma nadomestila cenejša in varnejša trenjska (trenilna) vžigalica.
Kako deluje
Vžigalnik deluje na podlagi kemične reakcije med vodikom in kisikom. V steklenem valju (a na sliki desno) je žveplova kislina. V odprti steklenici (b) je cink, na vrhu pa je ventil. Z vzvodom (f) se steklenica odpre. Nato žveplova kislina priteče v steklenico. Ko doseže cink, se začne reakcija. Pri tem nastane vodik.
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 } } 
Vodik lahko iz steklenice izteče na vrhu. Ob ventilu je platina. Plinski vodik mora mimo platine. Vodik in kisik iz zraka reagirata zaradi katalitičnega učinka platine. Mešanica plinov (imenovana kisikovodik) nato zgori, ker je reakcija eksotermna, in nastane voda.
2 H 2 + O 2 ⟶ 2 H 2 O {\displaystyle \mathrm {2\ H_{2}+O_{2}\longrightarrow 2\ H_{2}O} } 
Da bi ustavili to reakcijo, je treba steklenico le zapreti, kar pomeni, da je treba sprostiti vzvod. Vodik ne more več iz steklenice in potisne žveplovo kislino nazaj v stekleni valj. Naprava je zasnovana tako, da je ob ponovnem odpiranju mogoče ponovno ustvariti stik med kislino in cinkom in tako spet proizvesti vodik.
Tehnični in kemijski poudarki
- Platina kot katalizator: majhen kos platinske žice ali porozne platine ob ventilu pospeši združevanje vodika in kisika brez same spremembe (platina ni porabljena). Ta uporaba je eden zgodnjih praktičnih primerov katalize v kemiji.
- Varnostni vidiki: ker v vžigalniku nastaja in se zbira vnetljiv vodik, je bila naprava občutljiva na puščanje in nepravilno ravnanje. Kljub preprosti mehaniki je raba zahtevala previdnost pri polnjenju in zapiranju, zato so kasneje prevladale enostavnejše in cenejše trenjske vžigalice.
- Materiali: tipična notranja oprema je vključevala cink kot vir vodika (reakcija z žveplovo kislino), steklo za posode ter majhne količine platine za katalizo. V praksi so bili ventili in tesnila narejeni iz kovine in usnja ali drugih tesnilnih materialov tistega časa.
Zgodovinski pomen in razširjenost
Döbereinerjeva svetilka je pomembna iz dveh razlogov: predstavljala je praktično, znanstveno podprto uporabo kemijske reakcije za vsakdanji namen in prispevala k poznavanju katalize. Johann Wolfgang Döbereiner je s to napravo pokazal, kako lahko katalizator (platina) omogoči spontano vžiganje mešanice plinov pri sobni temperaturi. Ta fenomen je kasneje imel velik pomen pri razvoju industrijskih katalitskih procesov.
Čeprav so bile svetilke izdelane v raznih izvedbah in velikostih, so jih sčasoma zamenjale trenjske in varnejše masovno izdelane vžigalice ter drugo sodobnejše orodje za prižiganje ognja. Kljub temu so Döbereinerjeve svetilke pomemben muzejskega pomena in jih zato hranijo v zbirkah tehničnih in naravoslovnih muzejev.
Uporaba danes in kje si jih ogledati
Danes so Döbereinerjeve svetilke pretežno muzejski eksponati in zgodovinski primeri zgodnjega inženirstva ter kemije. Kot zapis zgodovine so zanimive tako za obiskovalce muzejov kot za študente kemije, saj ponazarjajo povezavo med laboratorijskimi odkritji in praktičnimi napravami.
Originalni primerki so na ogled na več mestih; med poznanimi lokacijami so omenjeni ogled na heidelberškem gradu in v Nemškem muzeju. V muzeju si pogosto lahko ogledate tudi prikaze delovanja in razlage o kemijskih principih, ki jih naprava izkorišča.
Priporočila za branje in raziskovanje
Če vas zanima več o Döbereinerju in razvoju vžigalic ter katalize, poiščite literaturo o zgodovini kemije 19. stoletja, biografije Johanna Döbereinerja ter razstave tehničnih muzejev, kjer so pogosto na voljo tudi strokovne razlage in reprodukcije naprav.
Döbereinerjeva svetilka.
Döbereinerjeva svetilka: a. stekleni cilinderb. odprta steklenicac. žična . cince . stopcockf. šobaleg. platinasta goba
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je Döbereinerjeva svetilka?
O: Döbereinerjeva svetilka je ena prvih vžigalic, ki jo je leta 1823 razvil nemški kemik Johann Wolfgang Döbereiner. Izdelovali so jo do približno leta 1880, še vedno pa jo je mogoče videti na heidelberškem gradu in v Nemškem muzeju (Deutsches Museum).
V: Kako deluje?
O: Vžigalnik deluje na podlagi kemične reakcije med vodikom in kisikom. V steklenem valju je shranjena žveplova kislina, cink pa je shranjen v odprti steklenici na vrhu z ventilom. Ko se vzvod odpre, žveplova kislina priteče v steklenico, pri čemer nastane vodikov plin, ki obide platino, nato pa reagira s kisikom iz zraka in pri eksotermni reakciji nastane voda. Za ustavitev te reakcije je treba sprostiti vzvod, tako da vodik ne more več iztekati iz steklenice in potisne žveplovo kislino nazaj v prvotno posodo.
V: Kdo je izumil Döbereinerjevo svetilko?
O: Döbereinerjevo svetilko je leta 1823 izumil nemški kemik Johann Wolfgang Döbereiner.
V: Kje lahko najdete izvirne različice tega vžigalnika?
O: Originalne različice tega vžigalnika so na gradu Heidelberg in v Nemškem muzeju (Deutsches Museum).
V: Kateri elementi se uporabljajo za to kemično reakcijo?
O: Pri tej kemijski reakciji se kot elementi uporabljajo vodik, kisik, cink, žveplova kislina, platina in voda.
V: Kaj se zgodi, ko spustite vzvod?
O: Ko sprostite vzvod, se ustavi nadaljnja reakcija, saj vodik ne more več izstopiti iz steklenice, kar potisne žveplovo kislino nazaj v prvotno posodo.
Iskati