Λύχνος Μπούνσεν

Ο λύχνος Μπούνσεν, που πήρε το όνομά του από τον Ρόμπερτ Μπούνσεν, είναι μια κοινή συσκευή εξοπλισμού εργαστηρίου που παράγει μια ανοικτή αέρια φλόγα, που χρησιμοποιείται για θέρμανση, αποστείρωση και καύση. Το αέριο μπορεί να είναι φυσικό αέριο (που είναι κυρίως μεθάνιο) ή υγραέριο, όπως προπάνιο, βουτάνιο, ή μείγμα τους.

 Όταν το Πανεπιστήμιο της Χαϊδελβέργης προσέλαβε τον Ρόμπερτ Μπούνσεν το 1852, οι αρχές υποσχέθηκαν να του κατασκευάσουν ένα νέο κτίριο εργαστηρίου. Η Χαϊδελβέργη είχε μόλις ξεκινήσει να εγκαθιστά φωτισμό των δρόμων με φωταέριο, έτσι στο νέο κτίριο του εργαστηρίου παρεχόταν επίσης αέριο. Το εργαστήριο απαιτούσε "θέρμανση" καθώς και φωτισμό από το αέριο. Για τη θέρμανση, ήταν επιθυμητή μεγιστοποίηση της θερμοκρασίας και ελαχιστοποίηση της φωτεινότητας. Οι προηγούμενες εργαστηριακές λάμπες άφηναν πολλά περιθώρια όσον αφορά την οικονομία και την απλότητα, καθώς και την ποιότητα της φλόγας της λάμπας. Ενώ ήταν ακόμα υπό κατασκευή στα τέλη του 1854, ο Μπούνσεν πρότεινε συγκεκριμένες αρχές σχεδιασμού στον μηχανικό του πανεπιστημίου, Πέτερ Ντεζάγκα (Peter Desaga)και του ζήτησε να κατασκευάσει ένα πρωτότυπο. (Παρόμοιες αρχές είχαν χρησιμοποιηθεί στην προγενέστερη σχεδίαση του λύχνου από τον Μάικλ Φαραντέι καθώς και σε μια συσκευή για την οποία είχε κατατεθεί ευρεσυτεχνία το 1856 από τον μηχανικό αερίων Έλσνερ (R W Elsner). Ο σχεδιασμός των Μπούνσεν/Ντεζάγκα πέτυχε να δημιουργήσει μια ζεστή, άκαπνη, μη φωτιστική φλόγα αναμειγνύοντας το αέριο με αέρα με ελεγχόμενο τρόπο πριν την καύση. Ο Ντεζάγκα δημιούργησε σχισμές για τον αέρα στον πυθμένα του πρώτου κυλινδρικού λύχνου, με την φλόγα να αναφλέγεται από την κορυφή. Την εποχή έναρξης της λειτουργίας του κτιρίου στις αρχές του 1855, ο Ντεζάγκα είχε κατασκευάσει 50 λύχνους για τους σπουδαστές του Μπούνσεν. Ο Μπούνσεν δημοσίευσε μια περιγραφή δύο χρόνια αργότερα και πολλοί συνάδελφοι του υιοθέτησαν σύντομα τη σχεδίαση. Οι λύχνοι Μπούνσεν χρησιμοποιούνται τώρα σε εργαστήρια σε όλον τον κόσμο. Η χρησιμοποιούμενη σήμερα συσκευή καίει με ασφάλεια ένα συνεχές ρεύμα ενός εύφλεκτου αερίου όπως φυσικό αέριο (που είναι κυρίως μεθάνιο) ή υγραέριο όπως προπάνιο, βουτάνιο, ή μείγμα τους. Η άκρη του σωλήνα συνδέεται με ένα ακροφύσιο καυσίμου στον εργαστηριακό πάγκο με πλαστικό σωλήνα. Οι περισσότεροι εργαστηριακοί πάγκοι είναι εφοδιασμένοι με πολλαπλά ακροφύσια αερίου συνδεμένα με μια κεντρική παροχή καυσίμου, καθώς και με κενό, άζωτο και ακροφύσια ατμού. Το καύσιμο έπειτα ρέει μέσα από τη βάση μέσα από μια μικρή οπή στον πυθμένα του κυλίνδρου και κατευθύνεται προς τα πάνω. Υπάρχουν ανοικτές σχισμές πλευρικά στον πυθμένα του σωλήνα για να επιτρέπει την είσοδο του αέρα στο καύσιμο λόγω του φαινομένου Βεντούρι και το καύσιμο καίγεται στην κορυφή του σωλήνα μόλις αναφλεγεί από μια φλόγα ή σπινθήρα. Οι πιο συνηθισμένες μέθοδοι ανάφλεξης του λύχνου χρησιμοποιούν ένα σπίρτο ή έναν αναπτήρα. Η ποσότητα του αναμειγμένου αέρα με τη ροή του καυσίμου επηρεάζει την πλήρη καύση της αντίδρασης. Λιγότερος αέρας δίνει μια ατελή και συνεπώς πιο ψυχρή αντίδραση, ενώ ένα ρεύμα καυσίμου καλά αναμειγμένο με αέρα δίνει οξυγόνο με ισομοριακή ποσότητα και συνεπώς πλήρη και πιο θερμή αντίδραση. Η ροή του αέρα μπορεί να ελεγχθεί ανοίγοντας ή κλείνοντας τα ανοίγματα της σχισμής στη βάση του κυλίνδρου, παρόμοια με τη λειτουργία στο τσοκ σε έναν εξαερωτήρα. Αν ο δακτύλιος στον πυθμένα του σωλήνα είναι ρυθμισμένος ώστε περισσότερος αέρας να μπορεί να αναμειχθεί με το καύσιμο πριν την καύση, η φλόγα θα καίει πιο ζεστά και ως αποτέλεσμα θα φαίνεται γαλάζια. Αν οι οπές είναι κλειστές, το καύσιμο θα αναμειχθεί μόνο με τον περιβάλλοντα αέρα στο σημείο της καύσης, δηλαδή, μόνο αφού έχει εξέλθει από τον σωλήνα στην κορυφή. Αυτή η μειωμένη ανάμειξη παράγει μια ατελή αντίδραση, δίνοντας ένα πιο ψυχρό αλλά πιο φωτεινό κίτρινο που συχνά αποκαλείται "φλόγα ασφαλείας" ή "φωτιστική φλόγα". Η κίτρινη φλόγα είναι φωτεινή λόγω των μικρών σωματιδίων αιθάλης στη φλόγα που θερμαίνονται μέχρι πυράκτωσης. Η κίτρινη φλόγα θεωρείται "βρόμικη", επειδή αφήνει μια στρώση άνθρακα σε οτιδήποτε θερμαίνεται. Όταν ο λύχνος είναι ρυθμισμένος να παραγάγει μια θερμή, γαλάζια φλόγα μπορεί να είναι σχεδόν αόρατη σε κάποια υπόβαθρα. Το πιο ζεστό μέρος της φλόγας είναι η κορυφή της εσωτερικής φλόγας, ενώ το πιο ψυχρό μέρος είναι η συνολική εσωτερική φλόγα. Αυξάνοντας την ποσότητα της ροής του καυσίμου μέσα από τον σωλήνα με το άνοιγμα της βελονοειδούς βαλβίδας θα αυξηθεί το μέγεθος της φλόγας. Όμως, εκτός και ρυθμιστεί η ροή του αέρα επίσης, η θερμοκρασία της φλόγας θα μειωθεί επειδή μια αυξανόμενη ποσότητα καυσίμου αναμειγνύεται τώρα με την ίδια ποσότητα αέρα, στερώντας από τη φλόγα το οξυγόνο. Ο λύχνος τοποθετείται συχνά σε ένα κατάλληλο πυρίμαχο υπόστρωμα για να προστατέψει την επιφάνεια του εργαστηριακού πάγκου. Υπάρχουν κι άλλοι λύχνοι βασισμένοι στην ίδια αρχή. Οι πιο σημαντικοί εναλλακτικοί λύχνοι στον λύχνο Μπούνσεν είναι: Λύχνος Τέκλου – Το κατώτερο τμήμα του σωλήνα του είναι κωνικό, με ένα στρογγυλό περικόχλιο κάτω από τη βάση του. Το κενό, ορίζεται από την απόσταση μεταξύ του περικοχλίου και του τέλους του σωλήνα, ρυθμίζει την εισροή του αέρα με παρόμοιο τρόπο με τις ανοικτές σχισμές του λύχνου Μπούνσεν. Ο λύχνος Τέκλου δίνει καλύτερη ανάμειξη αέρα και καυσίμου και μπορεί να πετύχει πιο υψηλές θερμοκρασίες φλόγας από τον λύχνο Μπούνσεν. Λύχνος Μέκερ-Φίσερ – Το χαμηλότερο τμήμα του σωλήνα του έχει περισσότερα ανοίγματα με μεγαλύτερη συνολική διατομή, επιτρέποντας περισσότερο αέρα και διευκολύνοντας καλύτερη ανάμειξη αέρα και καυσίμου. Ο σωλήνας είναι πιο πλατύς και η κορυφή του καλύπτεται με ένα πλέγμα. Το πλέγμα διαχωρίζει τη φλόγα σε μια διάταξη από πιο μικρές φλόγες με ένα κοινό εξωτερικό περίβλημα και αποτρέπει επίσης την επιστροφή φλόγας προς τον πυθμένα του σωλήνα, που είναι ένας κίνδυνος σε υψηλές αναλογίες αέρα/καυσίμου και περιορίζει τον μέγιστο λόγο της εισροής αέρα από έναν συμβατικό λύχνο Μπούνσεν. Επιτυγχάνονται θερμοκρασίες της φλόγας μέχρι 1,100–1,200 °C (2,000–2,200 °F) αν χρησιμοποιηθεί σωστά. Η φλόγα καίγεται επίσης χωρίς θόρυβο, αντίθετα με τους λύχνους Μπούνσεν ή Τέκλου. A history of the Bunsen Burner. Poliakoff, Martyn (2011). «Robert Bunsen and his Burner». The Periodic Table of Videos. University of Nottingham.