Огниво Дёберейнера.
Иоганн Вольфганг Гёте (1749–1832), известный как автора «Фауста», был не только поэтом, но и естествоиспытателем, государственным деятелем, министром Веймарского герцогства во время правления герцога Карла-Августа. Иоганн Вольфганг Дёберейнер, двойной тезка Гете, родился в бедной семье, стал химиком вопреки воле родни. Его отец, с пренебрежением относившийся к образованию, постоянно напоминал сыну: “Химик – это аптекарь, а аптекари все жулики. Неужели и ты, сын, желаешь стать жуликом?! ”Но огромное желание учиться вело Иоганна по дороге самообразования, он сдал экзамен на должность помощника аптекаря. К сожалению, из-за недостатка финансов и высоких цеховых ограничений, ему не было суждено стать аптекарем. Но любовь к химии заставляла его искать иные пути: он предпринимал попытки организовать производство и продажу химических веществ, пытался основать учебное заведение по подготовке химиков-технологов, но, увы, безуспешно.
В 1810 году судьбы немецкого поэта и химика — самоучки пересеклись. В это время по просьбе герцога Саксен-Веймар-Эйзенахского Карла Августа искали кандидата на должность профессора химии Йенского университета. Проблемы с бюджетом не позволяли нанять известного ученого, а преподаватель на кафедру нужен был срочно. С просьбой о помощи подыскать химика на небольшое жалованье представители герцога обратились к химику Адольфу Гелену, редактору журнала, посвященного химии и фармацевтике, и он порекомендовал Дёберейнера. Молодого соискателя профессорской кафедры принял государственный министр Саксен-Веймар-Эйзенахского герцогского двора известный поэт И.В.Гете. Дёберейнер своими познаниями и аккуратностью произвел огромное впечатление на министра. Именно благодаря Гете, Дёберейнер был взят на службу в Веймар и вскоре стал профессором университета в Иене. Гёте и Дёберейнера связывали не только общие научные интересы, но и дружба. Они часто переписывались; их письма, в виде отдельной книги, были опубликованы в 1856 г.
Дёберейнера интересовала химия платины. У него были для этого возможности: великий герцог Карл-Август Веймарский предоставил в его распоряжение немалое количество драгоценного металла. Ученый много времени посвятил изучению соединения, названного им недоокисью платины. Сейчас это вещество известно под названием платиновой черни. Именно «недоокись платины» принесла Дёберейнеру открытие и успех.
Известно, что в шахтах при добыче полезных ископаемых, горнякам необходимо освещение. Но в подземелье не любой светильник подходит. 25 мая 1812 г. в одной из английских угольных шахт произошел взрыв, погибло огромное количество шахтеров. Причиной таких катастроф чаще всего было скопление метана, а это вещество, как мы знаем, взрывоопасно. Это повергло английское общество в шоковое состояние. Правительство, общественность обратились к ученым с призывом о создании безопасной лампы для подземных работ.
На этот призыв откликнулся знаменитый английский химик Гемфри Дэви. Работая над этой проблемой, он предложил окружить пламя светильника металлической сеткой, чтобы огонь не выходил наружу. Испытание светильника Дэви провели в самой глубокой шахте, но оказалось, что сквозняк раздувал пламя, сетка разогревалась до опасной температуры, что в конечном итоге могло привести к воспламенению метана. Это был тупик.
Дэви перепробовал множество материалов для изготовления сетки лампы. Самым подходящим оказалась платина, она каким-то образом заставляла метан при невысокой температуре реагировать с кислородом воздуха без образования открытого пламени. Но лампа по-прежнему оставалась небезопасной для работы в шахтах.
В 1823 г лампу Дэви решил усовершенствовать профессор Иоганн Вольфганг Дёберейнер. Рудничный газ он заменил водородом (его проще получить в лаборатории, а чистоту эксперимента это не нарушало: водород взрывается в смеси с кислородом быстрее рудничного газа). Результат оказался даже лучше ожидаемого: когда струя водорода попадала на платину, металл сильно нагревался, а газ загорался без взрыва! Данное открытие подтолкнуло Дёберейнера к идее практического получения огня в домашних условиях. Надежных источников для этого тогда не было, не считая железного кресала и кремня. Спички и зажигалки еще не появились на свет.
В 1770 году была изобретена электрическая зажигалка, в которой струя водорода воспламенялась от искры электрофорной машины. Такая зажигалка могла служить для красивых демонстраций на лекции, но не для использования в быту. Дёберейнер благодаря многочисленным экспериментам он обнаружил, что платиновая губка при обыкновенной температуре может зажечь смесь водорода и кислорода т.е. гремучий газ. Так родилась идея создания первой в мире зажигалки, которая была совсем непохожа на современную компактную, в кармане она бы не поместилась.
Во внешнюю стеклянную герметическую банку, предназначенную для наполнения серной кислотой, был встроен сосуд без дна, в котором закреплялась цинковая пластинка. При контакте кислоты с цинком начиналась химическая реакция, в результате которой выделялся водород. При открытии выпускного клапана, водород устремлялся наружу через тонкое отверстие, наполненное губчатой платиной и сразу же воспламенялся. Губчатая платина играла роль катализатора реакции водорода с атмосферным кислородом, воспламенение смеси происходило при комнатной температуре. А так как реакция взаимодействия водорода с кислородом экзотермическая, то ее поддержание шло за счет выделения энергии самой реакции. Губчатая платина в тоже время играла и смягчающую роль, предотвращая взрыв горючей смеси. Горение прекращалось перекрытием выпускного клапана. При этом давление водорода в сосуде возрастало, что позволяло оттеснить кислоту от цинка и реакция прекращалась до очередного открытия клапана. Опыт Дёберейнера может удивить многих и сейчас: огонь возникает без спичек, трения, электричества, т.е. без дополнительного подвода энергии. А 187 лет назад это и вовсе походило на волшебство.
«Водородное огниво» или «Огниво Дёберейнера» приобрело большую популярность в Германии. Уже спустя 6 лет его выпуск достиг 20 000 экземпляров, продажи велись до 1880 года.
Английские предприниматели предлагали Дёберейнеру огромные деньги за изобретение, но он отказался. Профессор сделал результаты своих работ всеобщим достоянием, а Йена стала своеобразной Меккой для желающих наладить производство безопасных зажигалок. Дёберейнер всех консультировал бесплатно и был горд тем, что его открытие порождает новую отрасль промышленности. Основной проблемой при изготовлении зажигалок была дороговизна и недостаток платины. Тогда ее добывали в Колумбии в очень малом количестве около 20 кг в год. В начале тридцатых годов 19 столетия в России близ г. Нижний Тагил обнаружили богатейшие россыпные залежи платины. В этот период ежегодная добыча платины из уральских россыпей уже достигала 2-3 тонн. Ее стоимость сразу упала а доступность возросла.
Но главное для химии как науки в это время вышло или проявилось особое явление, которое сейчас считается обыденным и привычным — явление катализа. Т.е. платиновая чернь или губчатая платина играла роль катализатора при воспламенении смеси водорода и воздуха. Катализатор, это вещество, не принимающее участие в реакции, т.е. оно не меняется в ходе реакции, но его присутствие меняет ход превращений. В этом случае платина снижала температуру возгорания водорода при соприкосновении с кислородом воздуха и воспламенение происходило без дополнительного подвода энергии.
Интересно, что и аппарат Киппа родился на основе идеи Дёберейнера. Выпуск прибора был налажен в середине 19 столетия голландской фирмой, основанной аптекарем Петером-Якобом Киппом. О зажигалке вспоминают только историки, а аппарат Киппа живет и здравствует в каждой химической лаборатории.
Сравнительно недавно венгерские изобретатели, вспомнив «огниво» Дёберейнера, сконструировали зажигалку нового типа: на выходе струи газа находится платиновая спиралька, которая катализирует реакцию горения. Пламя у новой зажигалки сильное и устойчивое, ему не страшен ветер. Таким пламенем можно не только поджечь сигарету, но и сварить при необходимости тонкую проволоку.
