Lampa Döbereinera — pierwsza zapalniczka chemiczna (1823)

Zasada działania

Lampa działa na zasadzie wytwarzania wodoru w reakcji metalu z kwasem i jego zapłonu wskutek katalitycznego działania platyny. W uproszczeniu przebieg jest następujący:

• Do jednej części urządzenia (szklanej butli, w tekście oznaczonej jako a) wprowadza się kwas siarkowy.
• W drugiej, otwartej (butli oznaczonej jako b) znajduje się cynk.
• Za pomocą dźwigni (f) otwiera się połączenie pomiędzy butelkami i kwas spływa na cynk — rozpoczyna się reakcja chemiczna, w wyniku której powstaje gazowy wodór.
• Wodór wydostaje się u góry, przepływając obok kawałka platyny (zwykle w postaci gąbczastej). Na powierzchni platyny wodór reaguje z tlenem z powietrza — platyna działa jako katalizator i ułatwia ten proces, powodując zapłon mieszaniny (tzw. tlenowodoru) i powstanie płomienia.

Reakcje chemiczne

Główne reakcje zachodzące w lampie można zapisać w postaci równań:

Reakcja między cynkiem a kwasem siarkowym:
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2↑

Wodór, po wydostaniu się i zetknięciu z tlenem na powierzchni platyny, ulega łączeniu:

Reakcja spalania wodoru:
2 H2 + O2 → 2 H2O

W oryginalnym tekście znajdują się również grafiki pokazujące te równania: oraz .

Rola platyny

Platyna nie pali się ani nie reaguje w tym procesie; jej zadaniem jest obniżenie energii aktywacji reakcji łączenia wodoru z tlenem. Na powierzchni platyny atomy wodoru i tlenu łączą się łatwiej niż w powietrzu bez katalizatora — wydzielone ciepło powoduje zapłon gazowej mieszaniny. Dzięki temu zapłon jest „samozapłonny” przy kontakcie gazów z platyną, bez potrzeby użycia iskry czy czerwonego węgielka.

Użytkowanie i zatrzymanie reakcji

Aby uruchomić lampę, operator porusza dźwignię (f), co pozwala kwasowi spłynąć na cynk i wytwarzać wodór. Aby przerwać proces i zgasić płomień, wystarczy zamknąć dźwignię — odcięcie dopływu kwasu powoduje zaprzestanie wytwarzania wodoru; po ustaniu ciśnienia gazowego kwas wraca do górnego zbiornika lub pozostaje oddzielony, a mieszanka gazowa nie jest już dostarczana do platyny.

Historia i zastosowanie

Lampa Döbereinera była praktycznym i eleganckim urządzeniem do zapalania fajek, świec czy lamp oliwnych w pierwszej połowie XIX wieku. Z czasem jednak została wyparta przez bezpieczniejsze i wygodniejsze rozwiązania (np. zapałki przemysłowe, później zapalniczki naftowe i gazowe). Produkcję lamp przerwano około 1880 roku, a dziś urządzenia te mają przede wszystkim wartość historyczną i znajdują się w zbiorach muzealnych.

Bezpieczeństwo

• Wodór jest gazem wysoce łatwopalnym i przy mieszankach z powietrzem tworzy mieszaniny wybuchowe — obsługa lampy wymagała ostrożności.
• Kwas siarkowy jest żrący i niebezpieczny przy kontakcie ze skórą lub tkaninami.
• Platyna jako katalizator przyspiesza zapłon gazów — nie wolno dopuszczać do wycieków lub przypadkowego gromadzenia gazu w zamkniętych przestrzeniach.

Dziś lampa Döbereinera jest ciekawostką historyczną i przykładem zastosowania katalizy w praktycznym urządzeniu codziennego użytku. W muzeach można obejrzeć oryginalne egzemplarze oraz rekonstrukcje pokazujące zasadę działania.