【官方雙語】點火不靠火星？這款200年前的打火機是如何實現的

如果我告訴你，我發明了一種裝置 使用硫酸製造爆炸性氣體的物質 而且那種氣體會自燃嗎？ 聽起來我好像在製造炸彈。 呃，別在這個項目上支持我的 Kickstarter 噢， 這是個糟糕的主意。 但當一位德國化學家開始製造這台裝置時 在1823年，數以千計的人購買了它。 並把它們放在他們的家中。 三年後，它已經過時了。 這是多貝雷尼安燈的故事。 是的，基本上我需要， 多貝倫尼安的燈 是第一個打火機。 而且它使用了一種近乎神奇的過程 我根本不知道它存在。 這其實是我们一直都在使用的一个过程 在現代世界裡，正如我現在所發現的。 但第一個使用它的裝置就是這一個， 一罐波希德國人使用的硫酸 點燃東西。 它的運作方式是，這就是魔術所在， 當你將氫氣吹過金屬表面時， 氫氣會自發燃燒。 它不能是任何金屬，必須是鉑金。 但這不是很奇怪嗎？ 就像，你不需要加熱就能讓它運轉， 你不需要一點火花，它只是自然發生而已。 並且由於這是一個放熱反應， 它只是越來越熱，越來越熱 直到鉑金發出紅光為止 你也可以用它來點油燈或其他用途。 現在，你們中的一些人可能已經知道我在說什麼了， 但對那些不了解的人來說，這稱為鉑催化。 是的，我本該知道鉑催化作用的。 到現在為止，但我們都會長大成人 我們知識中存在著一些奇怪的空白。 也許你誤以為意式濃縮咖啡裡有個「X」。 真是一個笨蛋。 我的問題在於，我原本不知道鉑催化竟然是真的。 而且，我以為那句話是「狗咬狗的世界」。 那是我的另一個。 不用說，我變得著迷了 擁有其中一樣東西。 例如，你可以購買一件原裝古董， 但那會花掉你數千美元 而且你連點燃它都做不到。 當然，我想要一個可以點燃的。 那就是我聯繫馬庫斯的時候。 從 Marv's Lab 的 YouTube 頻道看看他是否能提供幫助。 而且他聰明地說：「我為你做一個。」 那不是很酷嗎？ 我现在有了一盏屬於自己的、能正常運作的多貝拉尼烏斯燈。 感謝馬庫斯。 請查看他精彩的製作過程影片， 連結在說明中。 那這東西到底是怎麼運作的呢？ 嗯，參與的並非只有鉑金一種金屬。 另一個是鋅。 當你把鋅放入硫酸中時， 一件非常有趣的事發生了。 看看那些氣泡正在形成。 因為硫酸是一種酸，任何酸都一樣， 含有大量帶正電的氫離子 漂浮著。 由於它們帶正電， 意思是他們會抓住任何電子 他們能找到的。 現在，鋅僅以很弱的力氣維持其最外層的兩個電子。 所以，如果你耐心等待足夠長的時間， 兩個氫離子將會前來並奪走那些電子， 這意味著你現在已經有了氫原子。 而且它們非常不穩定 因為它們的外殼不完整。 因此，當他們彼此撞見時， 它們形成氫分子。 氫氣在室溫和大氣壓力下是一種氣體。 所以你才會看到這些氣泡。 它們是氫氣泡。 但問題是， 你不會想親手把鋅浸入的 你的硫酸 每次你想要一點氫氣時。 相反，你想要一個自動化系統 你總會有一小部分氫氣的儲備。 這就是這個小小的倒置玻璃錐的用途。 隨著越來越多的氫氣被生產出來， 這個圓錐體充滿了氣體 這使得硫酸向下移動。 最終，產生了如此多的氫氣 所有的硫酸 已被逐出圓錐體。 這會把鋅從酸中去除。 因此，氫氣生產停止了。 但是看，這個圓錐上連著一根管子， 這通向這裡，這裡有一個閥門。 目前閥門是關閉的 使得任何氫氣都無法逃逸。 但如果我只是稍微打開一點， 一束微弱的氫氣會從這個微小的孔洞中噴射而出。 隨著氫氣從圓錐體中逸出， 那裡的硫酸水平將會上升。 再一次，它會接觸到鋅。 這會使化學反應重新開始， 補充失去的氫。 現在在原始的多貝拉尼烏斯燈中， 你會有的東西 有一種稱為鉑 sponge 的東西。 但這看起來像是某種東西 如今你根本買不到這些東西。 你可以得到的替代品是鉑金鍍層羊毛 或者這種稱為鉑金亮燼的物質。 但情況是一樣的。 你有一種表面塗有鉑的陶瓷纖維。 那麼當氫氣發生時會怎麼樣 鉑金之上吹過的風？ 我們想要的是氫氣 與空氣中的氧氣發生反應。 我們希望它燃燒。 順便一提，這裡「burn」這個詞用得正確。 但看起來有點奇怪。 因為通常當你燃燒某物時， 你剩下的只有二氧化碳 還有一些煤灰和灰燼。 但當你燃燒氫氣時， 意思是當你將其與氧氣反應時 該反應唯一的產物是水。 現在你大概知道氫氣和氧氣了 不會自己產生反應的。 那是因為氫原子 已經彼此配對好了 而且氧原子已經彼此配對。 你必須將他們撕成兩半 在將它們重新組合為 H2O 之前。 你可以用高溫將其撕裂。 例如，這個氣球具有完美的混合比例 氫和氧的 而且你只需要把它的一小部分弄得很熱即可 讓整個東西迅速變得非常熱。 哦！ 但這不是我們在這裡做的事。 相反，發生的情況是氧氣和氫氣分子 非常輕柔地被吸引到這片鉑金表面 那些微弱的范德華力。 但他們其實正被誘入其中 因為鉑具有大量自由電子的海洋 你在金屬中發現的那些。 要弄清楚這一點為何重要， 我需要學習一些關於軌域的新知識。 就像我理解原子周圍的軌域一樣。 你知道，你有那些球形的， 啞鈴形的那些， 它們有不同的名稱，例如 S、P、D 等等。 但當你有一個共價鍵時 當兩個原子共享電子時， 好吧，那是一種完全不同的軌道類型。 就像普通軌域一樣， 這些共價鍵軌域具有不同的能量水平 能量最低的能級會最先被填滿。 而且正是那些能量最低的鍵結軌域 維持分子結合的力量。 在此圖中， 白色代表我們很可能找到電子的位置。 但問題在於， 下一能級則頗為特殊。 現在我們其實不必深入探討量子力學 幸好，所有這些之中， 但值得記住的只是這一點 電子表現出類似波動的行為。 而且恰好在下一个鍵軌域上， 那些波浪在該區域相互抵消。 兩個氫原子之間。 相反，你卻在外部發現他們。 在這張圖中， 白色和黑色代表我們可能所在的位置 找出電子 以及灰色區域，那裡我們很難找到電子。 它們被顯示為對比顏色 因為它們處於不同相位。 因此，現在這些裸露的帶正電的原子核 彼此相互排斥 而且它們會被帶負電的電子吸引。 在外表上。 因此這種軌道類型 稱為反鍵軌域 因為當電子進入時 它們往往會把分子拉開。 於是當那個氫分子 接近鉑金表面足夠近的距離。 因為它受到微弱的范德華力吸引， 其中一些來自鉑的電子 流入氫的反鍵軌域 直到氫分子被拉開為止 最後你只會得到兩個氫原子 在鉑金的表面。 氧分子也會發生類似的情況。 於是你就得到一個鉑金表面 那裡充滿了這些氫氣 以及獨立漂浮的氧分子。 當然，它們的反應性極高。 因為它們具有不完整的外層電子殼層。 因此，當他們碰巧相遇時， 它們結合，你就會形成水分子。 而這幾乎就是故事的尾聲了， 除非，你知道，這是一個催化劑。 因此，一旦水分子形成， 它必須從那裡出去。 否則會把一切都搞砸。 這主要歸功於這一點 那水與鉑的結合能力並不好。 但還有其他事情。 想想當氫發生時會發生什麼 氧原子結合在一起。 好吧，他們彼此被吸引。 就像這些磁鐵相互吸引一樣。 因此他們將獲得動能 當他們彼此急速衝向對方時。 但那些動能會怎麼樣呢 當它們碰撞時？ 好吧，就像這些磁鐵一樣， 那動能轉化為晃動。 換句話說，水分子具有額外的晃動 那些氫原子和氧原子原本各自並沒有擁有的。 那額外的晃動也有助於水分子 離開鉑金表面。 當然，分子的晃動不過就是熱能而已。 因此，它也會變得非常非常熱。 部分熱量傳遞至鉑 直到它發出光芒為止， 在這時，你就可以點燃你的蠟燭了。 順便一提，我的頻道剛滿16歲。 生日快樂。 順便問一下，我們是不是可以買到更漂亮的蛋糕呢？ 此時，你可能會覺得這真的很棒， 但它並非極其實用。 如果那東西灑在我背包裡， 它會燒穿我背包的底部。 那麼，為什麼17世紀的德國人對它如此熱衷呢？ 我想答案與觀點有關。 就像我們把火視為理所當然一樣 因為我們可以輕而易舉地做到。 我們很少花時間去反思這麼一件事 它讓我們保持溫暖 而且它能釋放出我們烹飪食物中的營養成分。 但在1823年，人們經常想到火。 因為製作起來很困難。 當時你有的選項是燧石與鋼鐵。 火種發火器，或者乾脆用兩根木棍相互摩擦。 基本上，每個人都在密切留意 一個輕鬆生火的方法， 這也解釋了為什麼多貝倫尼的燈如此短暫地存在 因為在1827年，英國化學家約翰·沃克 發明了隨處可點火柴 或者當時他們所稱的比賽。 於是，大家開始使用火柴。 而不是多貝里尼的燈， 但後來出現了更安全、更便攜、更輕巧的設計 而且它們大多數取代了比賽。 這就是我們今天所處的狀況。 我認為我們很難看到 輕便技術方面有什麼重大進展嗎 從現在開始，因為，好吧，你看，我們已經達到頂峰了。 我之前提到過鉑催化劑 如今每天都被廣泛使用。 這裡有幾個我非常喜歡的例子。 這是一款Zippo暖手器。 用汽油填滿它 就像使用普通的Zippo一樣， 但接著你只是輕輕地握住火焰 在這表面停留幾秒鐘。 之後看起來什麼事都沒發生。 但它只是變得非常溫熱而已 然後會保持溫暖大約六小時。 這是因為輕油具有一定的揮發性， 所以它一直在蒸發。 並經過這催化性羊毛層。 這不過是一種表面塗有鉑的陶瓷纖維而已。 這確實是唯一簡單的方法 如今要取得鉑金， 要不就是這種鉑金亮紅燼的東西。 不過，這就是我們在多布林亞燈具中所使用的。 你可能會疑惑，為什麼一定要用羊毛或海綿呢 不僅僅是一塊或一片鉑金， 當然，答案是表面積。 由於反應發生在金屬表面， 因為氧氣和氫氣 被吸附在表面 如果你想要更多的反應，就需要更多的表面面積。 這是一款催化香氛擴散器。 點燃後保持燃燒幾秒鐘 然後把它吹滅。 就像Zippo暖手器一樣，它會持續保持溫熱。 鉑的巨大表面積 這件事就沒那麼明顯了。 但如果仔細觀察， 你可以看到陶瓷表面非常粗糙。 當然，那粗糙的表面還鍍了一層鉑。 在這種情況下，是酒精溶劑 吸附在鉑上並與氧氣反應。 但這又是一種奇怪的受控燃燒方式。 天氣很熱，但還不算太熱。 沒有火焰，但卻能自我維持。 然而，根據我的看法，最酷的例子是 這東西是氫燃料電池嗎？ 這裡，氧氣和氫氣 流過兩個獨立的鉑金表面 之間有一層薄膜。 氫原子無法穿過膜。 但氫離子可以。 當鉑金表面 將電子從氫原子上拉走 這些新形成的離子可以穿過膜。 另一方面，被剥离的電子卻不行。 他們不得不走這條迂迴的路線 一路繞到另一個鉑金表面 它們被捐贈給氧氣。 允許氫和氧 結合起來形成水。 當然，那條迂迴的路線正是一個迴路。 為一些電子設備提供動力，例如這個小型風扇。 這款產品很酷的一點在於它是可翻面使用的。 所以如果我讓電流通過它 相反的方向 然後它會將水分解成氫氣和氧氣。 看，你會看到那兩輛坦克就在那裡 充滿氫氣和氧氣。 這兩個氫氣和氧氣的儲 tank 隨後可用於驅動氫燃料電池 並驅動你的馬達或你想做的任何事情。 所以，這件小裝置確實很危險。 過於複雜，卻又奇異地美麗。 但它也是一瞥未來的景象 受控化學，便攜式熱源 即燃火種對 everyone 都可取得。 希望您喜歡這段影片。 如果你這麼做，別忘了按讚訂閱。 而且這個演算法認為你會喜歡接下來這段影片。