125 anos da lâmpada de filamento metálico

O ósmio como fonte de luz - 125 anos de lâmpadas de filamento metálico

Por Günther Luxbacher

1898 é um marco na história do metal raro ósmio. Embora até então não houvesse praticamente nenhuma aplicação industrial para o metal, esse ano assistiu a um fantástico boom na procura. Isto deveu-se ao facto de o químico Auer von Welsbach ter patenteado o conceito da primeira lâmpada moderna: a lâmpada de ósmio!

Em 1804, o cientista e empresário inglês Smithson Tennant descobriu dois elementos raros no seu laboratório privado luxuosamente mobilado em Londres: o irídio e o ósmio. Conseguiu extrair estas duas substâncias da platina, um material que ele e o seu sócio William Hyde Wollaston tinham comprado em grandes quantidades. Utilizaram a platina para produzir dispositivos químicos que podiam ser vendidos com grande lucro. Ao mesmo tempo, porém, também utilizavam a sua atividade para analisar intensivamente a platina. Desta forma, mataram dois coelhos - ciência e negócio - com uma cajadada só.

Contudo, na altura, não encontraram praticamente quaisquer aplicações comerciais para os novos elementos, que passaram a ser designados por "subelementos de platina". Foram necessários alguns anos para que se abrissem alguns nichos economicamente significativos. O mais importante era o sector dos artigos de papelaria. Os escritores do século XVIII utilizavam ainda penas de ganso, giz vermelho ou lápis sobre papel, que na altura era ainda feito de trapos e artesanal. Embora o aparo de aço já fosse conhecido desde meados do século XVIII, só no início do século XIX é que se generalizou em Inglaterra. No entanto, como estes não tinham uma vida útil particularmente longa devido a tensões químicas (tintas) e físicas (pressão, flexão, fricção), as mentes engenhosas começaram a anexar lascas de ósmio às pontas dos aparo. Na altura, já se sabia que o ósmio era extremamente resistente e durável, tanto química como fisicamente, devido à sua elevada densidade.

Até ao final do século XIX, apenas foram encontradas aplicações de nicho para o ósmio e para os outros quatro subelementos de platina que se seguiram. Esta situação manteve-se até ao final do século XIX, quando a tecnologia de iluminação eléctrica, então em grande expansão, catapultou subitamente o ósmio para a vanguarda dos metais tecnicamente importantes.

Em 1879, Thomas Alva Edison e a grande equipa do seu laboratório de inventores profissionais conseguiram desenvolver uma lâmpada eléctrica incandescente utilizável ("lâmpada de luz"). É verdade que o relojoeiro alemão Heinrich Goebel, refugiado em 1848, já tinha apresentado em Nova Iorque uma lâmpada que ele próprio tinha comprovadamente fabricado. No entanto, devido à inexistência de um sistema de distribuição de eletricidade na época, teve de se contentar com a modesta fonte de eletricidade de um elemento galvânico. A invenção de Goebel caiu assim no esquecimento durante várias décadas, de onde foi ressuscitada com sucesso por Edison, o criador de um conceito global de alimentação eléctrica ("system builder").

Os olhos de hoje vêem as lâmpadas incandescentes da época como faíscas cor de laranja brilhantes que dificilmente podiam competir com a luz de uma lâmpada de parafina. Isto deveu-se ao facto de Edison ter utilizado filamentos de bambu carbonizados, cujo fabrico e montagem apenas conseguiu gerir tecnicamente. Físicos e químicos de todo o mundo procuraram um metal branco e quente que pudesse ser transformado em filamentos muito finos. A platina foi reconhecida como adequada, mas era demasiado cara e tão difícil de processar que, por enquanto, foi utilizado o filamento de carbono. No entanto, a partir da década de 1890, a indústria das lâmpadas eléctricas utilizou um processo desenvolvido pelo químico britânico Joseph Swan. Em vez de um fino filamento de bambu carbonizado, ele utilizou um filamento constituído por uma massa de celulose muito regular pulverizada através de bicos finos. Esta massa foi depois suavemente carbonizada. Isto evitava, pelo menos, as irregularidades perturbadoras do bambu natural, que tinham levado a quebras frequentes do fio. O inventor da lâmpada de ósmio desenvolveu então este conceito de filamento injetado. E este inventor veio do sector da iluminação a gás, que concorria com a iluminação eléctrica e que ainda dominava o mercado!

Auer-von-welsbach

O químico vienense Carl Auer von Welsbach pesquisou os elementos de terras raras e outros elementos vizinhos da tabela periódica, pois estava firmemente convencido do seu potencial como fontes de luz. Em 1885, a manta de gás foi desenvolvida no seu laboratório vienense como um conceito inovador de iluminação do final do século XIX. A manta de gás, um capuz têxtil tricotado impregnado de metais de terras raras, aumentou significativamente a emissão de luz da iluminação a gás anterior durante o seu processo de recozimento e incineração.

Tal como Tennant, Auer era extremamente empreendedor e associou-se à Deutsche Gasglühlichtgesellschaft, que realizou grandes vendas a nível mundial com a manta incandescente Auer. Antes da Primeira Guerra Mundial, eram produzidos anualmente em todo o mundo cerca de 300 milhões de mantos de gás e, já em 1930, cerca de 70% das ruas e cerca de metade dos lares de Berlim eram iluminados com mantos de gás.

Auer, que tinha ficado muito rico, continuou a investigar metais exóticos para a produção de luz no seu laboratório privado e apercebeu-se de que a iluminação eléctrica poderia ter um futuro mais promissor do que a iluminação a gás. Por isso, decidiu investir toda a sua energia no desenvolvimento de uma lâmpada eléctrica mais brilhante, que teria, sem dúvida, de ser feita de um filamento metálico.

No entanto, como no século XIX não existiam termopares que funcionassem com exatidão, não se sabia ao certo qual o metal da tabela periódica que tinha o ponto de fusão mais elevado e que, por isso, poderia emitir o feixe de luz mais brilhante. No entanto, os manuais de química padrão tinham-se fixado no ósmio como o metal com o ponto de fusão mais elevado, razão pela qual Auer se concentrou neste elemento. Infelizmente, porém, o ósmio não podia ser trabalhado com os métodos da época, precisamente porque tinha um ponto de fusão tão elevado e era também extremamente frágil. Quebrava-se imediatamente quando martelado e dobrado. A questão mais importante era como este metal poderia ser utilizado para fins de iluminação. Auer encontrou uma forma engenhosa de o fazer, que também constituiu a base da atual metalurgia de sinterização.

Auer baseou-se no processo de pulverização de celulose de Swan e misturou uma pequena quantidade de pó de ósmio finamente moído na massa de celulose no seu laboratório de Viena. Isto permitiu-lhe evitar o processamento mecânico. Este "processo de pasta" foi patenteado em 1898, há 125 anos. Em seguida, injectou esta massa preparada através de finos orifícios para formar fios, que carbonizou. O filamento de carbono, revestido de finíssimas partículas de ósmio, foi então montado entre dois eléctrodos, a campânula de vidro foi evacuada e a corrente foi então ligada. Devido à rápida subida de temperatura do fio, as partículas de ósmio da massa de celulose fritaram e o fio metálico tornou-se condutor de calor branco.

No entanto, as fontes sugerem que Auer cometeu um erro comercial após este engenhoso passo técnico. O seu produto, mais tarde designado por "lâmpada de ósmio", "lâmpada de Auer" e "lâmpada de Auer-Os", foi fabricado e comercializado pela Deutsche Gasglühlichtgesellschaft (DGA). Embora esta empresa fosse líder de mercado na produção de lâmpadas incandescentes, não tinha qualquer ideia de como fabricar lâmpadas eléctricas. A Siemens, a AEG e a jovem empresa holandesa Philips, pelo contrário, tinham mais de vinte anos de experiência de oficina neste domínio. Conheciam todos os truques do fabrico do filamento de carbono, a sua montagem milimétrica, a cimentação e a fixação, os problemas de passagem dos eléctrodos através do vidro, a evacuação rápida, etc., etc. A DGA subestimou estes conhecimentos de alta tecnologia em produção na altura e levou anos a adquiri-los - por exemplo, através da caça furtiva de especialistas. Foi assim que se vingou.

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Outro problema foi o facto de o fornecimento mundial de ósmio conhecido na altura se situar entre as centenas e as poucas centenas de quilogramas. Auer e a DGA tinham assegurado cerca de 100 quilos do metal mais raro. No entanto, a concorrência espalhou rumores de que não havia ósmio suficiente para satisfazer a procura mundial de lâmpadas de filamento metálico. Para além dos problemas de produção, este facto contribuiu também para a flutuação do preço das acções da DGA.

Apesar de todos estes inconvenientes, toda a gente ficou encantada com a visão da nova fonte de luz. Não ofuscava como as grandes luzes exteriores das lâmpadas de arco elétrico que iluminavam as praças e avenidas à noite. E, no entanto, proporcionava uma luz mais brilhante, branca e pura, e também melhor do que as anteriores velas, lâmpadas de parafina, lâmpadas de filamento de carbono ou lamparinas a gás. De repente, estas lâmpadas tornaram-se cintilantes e o grande público pôde agora constatar a forte tendência dos seus espectros de cor para o avermelhado e o esverdeado. As senhoras da alta sociedade, por exemplo, ficaram subitamente preocupadas com a sua tez à luz do gás. Além disso, a nova lâmpada foi utilizada como pixel para campos de ecrã em grande escala nas fachadas dos edifícios, nos quais eram exibidas pequenas sequências de filmes animados a publicitar pepinos, cerveja ou clubes noturnos. Por volta de 1910, a Broadway, em Nova Iorque, parecia um estudo preparatório para os cenários do filme de ficção científica clássico "Blade Runner". Até em Berlim, salamandras e bolhas de champanhe subiam pelas paredes das casas à noite - mesmo quando sóbrias.

Infelizmente, a DGA só conseguiu resolver os seus problemas de produção em massa por volta de 1903/04. O balanço é de cinco ou seis anos largamente perdidos. E, para piorar a situação, verificou-se que não haveria uma segunda oportunidade. Não porque o ósmio fosse escasso, mas porque a tecnologia de medição da temperatura, a química, a sinterização e a tecnologia metalúrgica estavam a fazer enormes progressos. Rapidamente se tornou claro que o metal mais refratário não era o ósmio, mas sim o tungsténio. Sob o nome de lâmpada "Osram" (uma contração das palavras ósmio e tungsténio), que dissipou o equívoco anterior, a DGA lançou finalmente no mercado uma lâmpada de filamento de tungsténio, na qual era utilizado pó de tungsténio em vez de pó de ósmio. No entanto, os departamentos de investigação dos fabricantes de lâmpadas tradicionais nos EUA e na Europa também não estavam a dormir e tentavam tornar os metais frágeis dúcteis, ou seja, extraíveis através de um filamento. A primeira lâmpada metalRAHT surgiu na Siemens em 1906, embora apenas com o medíocre metal tântalo. Em 1911, um consórcio da General Electric e de fabricantes europeus colocou finalmente no mercado a lâmpada sem fio de tungsténio. O laboratório de investigação da General Electric tinha finalmente conseguido tornar dúctil o tungsténio, que é frágil como o ósmio. Isto significou o fim das lâmpadas de filamento de ósmio e de tungsténio, menos eficientes.

Em consequência, a DGA ficou com uma palete de contentores cheios até à borda de pó de ósmio na sua sede, no que é atualmente a Oberbaum-City, em Berlim-Friedrichshain. Em vez de ter pouco, tinha demasiado e estava desesperadamente à procura de um comprador. Após a Primeira Guerra Mundial, a empresa conseguiu salvar-se, fundindo-se numa grande empresa chamada Osram GmbH KG. Como resultado, as duas primeiras letras do metal mais raro do mundo permaneceram, pelo menos, no nome da famosa empresa até aos dias de hoje.

Créditos da imagem: https://de.wikipedia.org/wiki/Carl_Auer_von_Welsbach, www.streetlight-hamburg.de/zeittafel_13.htm