مصباح كربيد

📅 آخر تحديث: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٦ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 8 صور
الموسوعة الحرة
مصباح عامل منجم يعمل بغاز الأسيتيلين

مصباح الكربيد أو مصباح غاز الأسيتيلين هو مصباح بسيط ينتج ويحرق غاز الأسيتيلين (C2H2 ) ، والذي يتكون من تفاعل كربيد الكالسيوم (CaC2 ) مع الماء (H2O ) . [ 1 ]

استُخدمت مصابيح غاز الأسيتيلين لإضاءة المباني، ومنارات الإرشاد ، ومصابيح السيارات والدراجات . كما شاع استخدام مصابيح غاز الأسيتيلين المحمولة، التي تُعلق على القبعة أو تُحمل باليد، في التعدين في أوائل القرن العشرين. ولا يزال يستخدمها مستكشفو الكهوف والصيادون وهواة استكشافها .

تاريخ

مصباح غاز الأسيتيلين فرنسي الصنع، يعود تاريخه إلى حوالي عام 1910، مثبت على دراجة هوائية

في عام ١٨٩٢، اكتشف توماس ويلسون عملية اقتصادية فعالة لإنتاج كربيد الكالسيوم في فرن القوس الكهربائي من خليط من الجير وفحم الكوك . يوفر فرن القوس الكهربائي درجة الحرارة العالية اللازمة لتحفيز التفاعل. [ ٢ ] كان تصنيع كربيد الكالسيوم جزءًا مهمًا من الثورة الصناعية في الكيمياء، وأصبح ممكنًا في الولايات المتحدة نتيجةً لكميات هائلة من الطاقة الكهرومائية الرخيصة التي تم إنتاجها في شلالات نياجرا قبل مطلع القرن العشرين. [ ٣ ] في عام ١٨٩٥، باع ويلسون براءة اختراعه لشركة يونيون كاربايد . تم إدخال الإضاءة المنزلية بغاز الأسيتيلين حوالي عام ١٨٩٤، ومصابيح الدراجات الهوائية بدءًا من عام ١٨٩٦. في فرنسا، قام غوستاف تروفي ، وهو مهندس كهربائي باريسي، بتصنيع مصابيح الأسيتيلين المنزلية وخزانات الغاز .

حصل فريدريك بالدوين على براءة اختراع أول مصباح دراجة يعمل بالكربيد تم تطويره في الولايات المتحدة في نيويورك بتاريخ 28 أغسطس 1900. [ 4 ] ويُظهر تصميم آخر مبكر لمصباح في براءة اختراع من دولوث، مينيسوتا، بتاريخ 21 أكتوبر 1902. [ 5 ] في أوائل القرن العشرين، اخترع غوستاف دالين مصباح دالين ، الذي جمع بين اثنين من اختراعات دالين السابقة، وهما الركيزة أغاماسان وصمام الشمس . واستمرت الاختراعات والتحسينات على مصابيح الكربيد لعقود. [ 6 ]

بعد أن ثبت تورط اللهب المكشوف لمصابيح الكربيد في كارثة منجم مويكوا للفحم عام 1932 ، وهي انفجار غاز الميثان في طبقة الفحم بولاية إلينوي والذي أودى بحياة 54 عامل منجم، [ 7 ] انخفض استخدام مصابيح الكربيد في مناجم الفحم بالولايات المتحدة. واستمر استخدامها في مناجم الفحم في دول أخرى، ولا سيما الاتحاد السوفيتي ، وفي تعدين الذهب في كاليفورنيا.

خوذة عامل منجم ذهب من حقبة الأربعينيات مزودة بمصباح كربيد

الآلية

مولد غاز الأسيتيلين من الكربيد، من النوع المقطر (دليل السيارات، الطبعة التاسعة)

يحتوي مصباح التعدين أو استكشاف الكهوف على كربيد الكالسيوم في حجرة سفلية تُسمى المولد. ثم يُملأ الخزان العلوي بالماء. ويُستخدم صمام ملولب أو آلية أخرى للتحكم في معدل تقطير الماء في الحجرة التي تحتوي على كربيد الكالسيوم. ومن خلال التحكم في معدل تدفق الماء، يتم التحكم في إنتاج غاز الأسيتيلين. وهذا بدوره يتحكم في معدل تدفق الغاز وحجم اللهب عند الموقد، وبالتالي كمية الضوء الناتج.

يحتوي هذا النوع من المصابيح عادةً على عاكس خلف اللهب للمساعدة في توجيه الضوء للأمام. يُنتج مصباح غاز الأسيتيلين ضوءًا ساطعًا واسع الانتشار. يُفضل العديد من مستكشفي الكهوف هذا النوع من الضوء غير المُركز لأنه يُحسّن الرؤية المحيطية في الظلام الدامس. يتفاعل الكربيد مع الماء تفاعلًا طاردًا للحرارة، ويُنتج كمية لا بأس بها من الحرارة بغض النظر عن اللهب. في الكهوف الباردة، يُمكن لمستخدمي مصابيح الكربيد استخدام هذه الحرارة للمساعدة في تجنب انخفاض حرارة الجسم. [ 8 ]

يتم إنتاج الأسيتيلين عن طريق التفاعل التالي: [ 9 ]

CaC 2( s ) + 2H 2 O ( l ) → C 2 H 2 ( g ) + Ca(OH) 2 ( aq )

يحترق الأسيتيلين بسهولة في الغلاف الجوي :

2 C₂H₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O + ΔH = −1300 kJ / mol​ 

عندما يتفاعل كل الكربيد الموجود في المصباح، تحتوي حجرة الكربيد على عجينة رطبة من الجير المطفأ ( Ca(OH) 2 ) والتي يمكن استخدامها لصنع الأسمنت . يتم تفريغ هذه العجينة في كيس نفايات ويمكن إعادة ملء الحجرة.

الاستخدامات

أنظمة الإضاءة

إعلان عن إضاءة منزلية تعمل بغاز الأسيتيلين، 1922

استُخدمت إضاءة الكربيد في المناطق الريفية والحضرية بالولايات المتحدة التي لم تكن موصولة بشبكة الكهرباء . بدأ استخدامها بعد عام 1900 بقليل واستمر حتى بعد عام 1950. كانت تُوضع حبيبات كربيد الكالسيوم في وعاء خارج المنزل، ويُوصل الماء إلى الوعاء عبر أنابيب ليُسكب على الحبيبات مُطلقًا غاز الأسيتيلين. ثم يُنقل هذا الغاز إلى مصابيح الإضاءة داخل المنزل، حيث يُحرق مُنتجًا لهبًا شديد السطوع. كانت إضاءة الكربيد رخيصة الثمن، لكنها كانت عُرضة لتسرب الغاز والانفجارات.

استخدمت النماذج الأولى من السيارات والدراجات النارية والهوائية مصابيح الكربيد كمصابيح أمامية . وقد مكّن غاز الأسيتيلين، المشتق من الكربيد، السيارات القديمة من القيادة بأمان ليلاً. وكانت المرايا المقعرة السميكة، بالإضافة إلى العدسات المكبرة، تُسقط ضوء لهب الأسيتيلين. واستمر استخدام هذا النوع من المصابيح حتى توفرت البطاريات والمولدات الكهربائية الموثوقة، فتحول المصنعون إلى المصابيح الكهربائية.

استُخدمت مصابيح الأسيتيلين أيضًا على متن القوارب النهرية للملاحة الليلية. يمتلك المتحف الوطني الأسترالي مصباحًا صُنع حوالي عام 1910، وكان يُستخدم على متن السفينة البخارية "بي إس إنتربرايز"  ، التي تم ترميمها لتصبح صالحة للاستخدام، وهي أيضًا ضمن مقتنيات المتحف. [ 10 ]

استكشاف الكهوف

مصباح كربيد في منجم فحم
مصباح كربيد من القرن العشرين معروض في متحف السكك الحديدية في فلام ، النرويج
على الرغم من أن مصابيح LED الكهربائية قد حلت محل مصابيح الكربيد في الغالب، إلا أن البعض لا يزال يفضل النهج "القديم" المتمثل في استخدام مصابيح الكربيد أثناء رحلات استكشاف الكهوف الترفيهية.

أدخل هواة استكشاف الكهوف الأوائل ، الذين لم تكن لديهم بعد ميزة الإضاءة الكهربائية خفيفة الوزن، مصباح الكربيد إلى هوايتهم. [ 11 ]

يفضل العديد من مستكشفي الكهوف مصابيح الكربيد لمتانتها وجودة إضاءتها. وقد كانت مفضلة في السابق لكفاءتها العالية في الإضاءة لكل وحدة كتلة من الوقود مقارنةً بالأجهزة التي تعمل بالبطاريات. قبل ظهور مصابيح LED عالية الكثافة المزودة ببطاريات الليثيوم أيون، تميزت مصابيح الكربيد بميزتين هامتين مقارنةً بمصابيح عمال المناجم الكهربائية. صُممت مصابيح عمال المناجم لتدوم طوال فترة نوبة العمل العادية، بينما قد تستغرق رحلات استكشاف الكهوف الكبرى فترات أطول بكثير، مما يسمح بإعادة شحن الكربيد أثناء الرحلة. قد لا تتوفر الكهرباء لإعادة الشحن في الرحلات الاستكشافية التي تتضمن التخييم لعدة أيام في المناطق النائية. في مثل هذه الظروف، تتكون المصابيح المستخدمة من مولد غاز يُثبت على الحزام، موصول بأنبوب مرن إلى سماعة رأس.

يُعدّ تفاعل إنتاج الأسيتيلين تفاعلاً طارداً للحرارة ، مما يعني أن وعاء المفاعل في المصباح سيصبح دافئاً جداً عند اللمس؛ ويمكن استخدام هذه الحرارة لتدفئة اليدين. كما يمكن استخدام حرارة اللهب لتدفئة الجسم عن طريق السماح لغازات العادم بالتدفق أسفل قميص أو معطف يُسحب من الجسم، وهي تقنية اكتشفها عمال مناجم الفحم على الفور تقريباً، وأطلق عليها مستكشفو الكهوف اسم "فرن بالمر".

تُسمى هذه المصابيح أحيانًا "المصابيح النتنة" بسبب رائحتها. [ 12 ]

تقليل الوهج

تُستخدم مصابيح الكربيد الصغيرة، التي تُسمى "شموع الكربيد" أو "المدخنات"، لتسويد مناظير البنادق لتقليل الوهج. ويُشار إليها أحيانًا باسم "المدخنات" بسبب اللهب السخامي الناتج عن الأسيتيلين. [ 13 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ باتنايك، براديوت (2003). دليل المركبات الكيميائية غير العضوية . ماكجرو هيل. ISBN 0-07-049439-8.
  2. ↑ مورهد، جيه تي؛ دي شالموت، جي. (1896). "صناعة كربيد الكالسيوم" . مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 18 (4): 311-331 . Bibcode : 1896JAChS..18..311M . doi : 10.1021/ja02090a001 .
  3. ↑ فريمان، هوراس (1919). "صناعة السياناميد" . أخبار الكيمياء ومجلة العلوم الفيزيائية . 117 : 232.
  4. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 656,874
  5. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 711,871
  6. ↑ على سبيل المثال، في 10 مارس 1925،مُنح أندرو برادر من سبوكان، واشنطن، براءة الاختراع الأمريكية رقم 1,528,848
  7. ↑ التقرير السنوي الحادي والخمسون للفحم في إلينوي، 1932، وزارة المناجم والمعادن. شركة جورنال برينتينغ: سبرينغفيلد، إلينوي، 1933
  8. ↑ ماثيوز، سي إي (1996). رد فعل مُنير. مُعلم العلوم، 63(5)، 30.
  9. ↑ "الخصائص الكيميائية لكربيد الكالسيوم وتفاعله مع الماء" . مجلة MEL للعلوم . تاريخ الاسترجاع: 16 مايو 2018 .
  10. ↑ "سفينة باخرة ذات مجداف، المتحف الوطني الأسترالي" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 سبتمبر 2018. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يناير 2012 .
  11. ↑ معدات وثقافة استكشاف الكهوف (من كتاب تي آرا: موسوعة نيوزيلندا )
  12. ↑ "لغة الكهوف العامية" . www-sop.inria.fr .
  13. ↑ استخدام جهاز التدخين الفائق . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 أكتوبر 2015 .

مراجع

  • كليمر، جريج (1987). مصابيح الكربيد لعمال المناجم الأمريكيين: دليل لهواة جمع مصابيح مناجم الكربيد الأمريكية . منشورات ويسترنلور. ISBN 978-0870260643.
  • بوهس، هنري (1995). كتاب ضوء شعلة عمال المناجم . دار نشر فليم. رقم ISBN 978-0964116504.
  • كارد، بيتر دبليو. (أكتوبر 2004). إضاءة المركبات المبكرة . منشورات شاير . ISBN 978-0-7478-0585-4.
  • ثورب، ديف (2005). ضوء الكربيد: الشعلة الأخيرة في المناجم الأمريكية . دار نشر بيرغاموت. رقم ISBN 978-0976090526.
  • acethylene.com دليل شامل للعناية بمصابيح غاز الأسيتيلين وصيانتها
  • دليل المستخدم لمصابيح غطاء الكربيد. يحتوي على العديد من الصور ومقاطع الفيديو الجيدة.
  • تجربة توضيحية لمصباح الكربيد : التعليمات والفيديو
  • موقع "مستكشف الكهوف بالكربيد" هو موقع إلكتروني يتناول تاريخ وترميم واستخدام مصابيح الكربيد في استكشاف الكهوف.