125 anos da lâmpada de filamento metálico

Ósmio como fonte de luz - 125 anos de lâmpadas de filamento metálico

Por Günther Luxbacher

O ano de 1898 é um marco na história do raro metal ósmio. Embora não houvesse praticamente nenhuma aplicação industrial para o metal até então, um fantástico boom na demanda surgiu naquele ano. Pois o químico Auer von Welsbach havia patenteado o conceito da primeira lâmpada moderna: a lâmpada de ósmio!

No já mencionado ano de 1804, o cientista natural e empresário inglês Smithson Tennant descobriu dois elementos raros em seu luxuoso laboratório particular em Londres: Irídio e Ósmio. Ele conseguiu extrair essas duas substâncias da platina, um material que ele e seu sócio William Hyde Wollaston haviam comprado em grandes quantidades. Eles usavam a platina para fabricar aparelhos químicos que podiam ser vendidos com grande lucro. Ao mesmo tempo, também usaram seu negócio para analisar intensivamente a platina. Dessa forma, eles mataram dois coelhos com uma cajadada só: a ciência e os negócios.

No entanto, naquela época, eles quase não encontraram usos comerciais para os novos elementos, que logo seriam chamados de sub-metais da platina. Levou anos até que surgissem alguns nichos economicamente significativos. O mais importante foi o campo dos artigos de papelaria. Os escritores de textos do século XVIII ainda usavam canetas de pena de ganso, lápis de giz vermelho ou lápis sobre o papel - naquela época ainda de trapo e feito à mão. Embora a pena de aço fosse conhecida desde meados do século XVIII, foi somente no início do século XIX que ela passou a ser amplamente utilizada na Inglaterra. No entanto, como essas pontas não tinham uma vida útil particularmente longa devido a estresses químicos (tintas) e físicos (pressão, flexão, fricção), mentes engenhosas começaram a montar lascas de ósmio nas pontas das pontas. Naquela época, já se sabia que o ósmio era extremamente resistente e durável, tanto química quanto fisicamente, devido à sua alta densidade.

Até o final do século XIX, o ósmio e os outros quatro sub-metais da platina eram usados apenas em aplicações de nicho. Esse foi o caso até o final do século XIX, quando a tecnologia de iluminação elétrica, então em franca expansão, subitamente catapultou o ósmio para a primeira linha de metais tecnicamente importantes.

Em 1879, Thomas Alva Edison e a grande equipe de seu laboratório de inventores profissionais conseguiram desenvolver uma lâmpada elétrica incandescente utilizável ("lâmpada de luz"). É verdade que o relojoeiro alemão e refugiado de 1848, Heinrich Goebel, já havia apresentado em Nova York uma lâmpada que ele mesmo havia fabricado e que poderia ser comprovada em um tribunal. Mas, devido à falta de um sistema de distribuição de eletricidade na época, ele teve que se contentar com a modesta fonte de eletricidade fornecida por um elemento galvânico. A invenção de Goebel, portanto, caiu no esquecimento por várias décadas, e o projetista de um conceito geral de fornecimento de energia ("construtor de sistemas"), Edison, conseguiu trazê-la à tona novamente.

Os olhos de hoje percebem as lâmpadas incandescentes daquela época como brilhos alaranjados que dificilmente poderiam competir com a luz de uma lâmpada de parafina. Isso se deve ao fato de Edison ter usado fios de bambu carbonizados, cuja produção e montagem ele conseguia gerenciar tecnicamente. É verdade que físicos e químicos de todo o mundo estavam procurando um metal branco e quente que pudesse ser processado em filamentos muito finos. Descobriu-se que a platina era adequada, mas era muito cara e tão difícil de ser processada que, por enquanto, eles optaram pelo filamento de carbono. Entretanto, a partir da década de 1890, o setor de lâmpadas incandescentes passou a usar um processo desenvolvido pelo químico britânico Joseph Swan. Em vez de um fino fio de bambu carbonizado, Swan usou um fio que consistia em uma massa de celulose pulverizada por meio de bicos finos e, portanto, muito regulares. Em seguida, ela era carbonizada suavemente. Isso, pelo menos, evitou as incômodas irregularidades do bambu cultivado naturalmente, o que levou à quebra frequente da linha. O inventor da lâmpada de ósmio baseou seu trabalho nesse conceito de fio pulverizado. E esse inventor veio da iluminação a gás, que estava competindo com a iluminação elétrica e ainda dominava o mercado!

O químico vienense Carl Auer von Welsbach realizou pesquisas sobre os elementos de terras raras e outros elementos próximos a eles na tabela periódica porque estava firmemente convencido de seu potencial como fontes de luz. Em 1885, o manto de gás foi criado em seu laboratório em Viena como um conceito inovador de iluminação do final do século XIX. O manto de gás, um capuz têxtil de malha impregnado com metais de terras raras, aumentou significativamente a saída de luz da iluminação a gás anterior durante seu processo de recozimento e incineração.

Auer, que, assim como Tennant, era extraordinariamente empreendedor, associou-se à Deutsche Gasglühlichtgesellschaft, que fez grandes vendas em todo o mundo com a manta incandescente Auer. Antes da Primeira Guerra Mundial, cerca de 300 milhões de mantos de gás eram produzidos anualmente em todo o mundo e, por volta de 1930, cerca de 70% das ruas e metade de todas as residências de Berlim ainda eram iluminadas com mantos de gás.

Auer, que havia se tornado muito rico, continuou a pesquisar metais exóticos para a geração de luz em seu laboratório particular e percebeu que a iluminação elétrica talvez tivesse um futuro melhor do que a luz a gás. Portanto, ele decidiu investir toda a sua energia no desenvolvimento de uma lâmpada elétrica mais brilhante, que, sem dúvida, teria de ser feita de um filamento metálico.

Mas como não havia termopares que funcionassem com precisão no século XIX, não era totalmente certo qual metal da tabela periódica tinha o ponto de fusão mais alto e, portanto, poderia emitir o feixe de luz mais brilhante. No entanto, os manuais de química padrão haviam estabelecido o ósmio como o metal com o ponto de fusão mais alto, razão pela qual Auer se concentrou nesse elemento. Infelizmente, porém, o ósmio não podia ser trabalhado com os métodos da época, justamente por ter um ponto de fusão tão alto e ser extremamente frágil. Quando martelado e dobrado, ele se quebrava imediatamente. A questão mais importante era como fazer com que esse metal pudesse ser usado para fins de iluminação. Auer encontrou uma maneira engenhosa de fazer isso e, com ela, a base da metalurgia de sinterização atual.

Auer usou o processo de pulverização de celulose de Swan e misturou uma pequena quantidade de pó de ósmio finamente moído na massa de celulose em seu laboratório em Viena. Dessa forma, ele contornou seu processamento mecânico. Ele patenteou esse "processo de pasta" em 1898, há 125 anos. Em seguida, ele injetou essa massa preparada por meio de orifícios finos para formar fios, que ele carbonizou. O filamento de carbono, que foi fornecido com as partículas mais finas de ósmio, foi então montado entre dois eletrodos, a campânula de vidro foi evacuada e, em seguida, a corrente foi ligada. Devido ao rápido aumento resultante na temperatura do filamento, as partículas de ósmio se fragmentaram na massa de celulose e o filamento de metal tornou-se condutor de calor branco.

As fontes sugerem, no entanto, que Auer cometeu um erro econômico após essa engenhosa ação técnica. Ele fez com que seu produto, mais tarde chamado de "lâmpada de ósmio", "lâmpada Auer" e "lâmpada Auer-Os", fosse fabricado e comercializado novamente pela Deutsche Gasglühlichtgesellschaft (DGA). Essa empresa era líder de mercado na produção de lâmpadas incandescentes, mas não tinha a menor ideia sobre a produção de lâmpadas elétricas. A Siemens, a AEG e a jovem empresa holandesa Philips, por outro lado, tinham mais de vinte anos de experiência nesse campo. Elas conheciam todos os truques do comércio na produção de filamentos de carbono, sua montagem com precisão milimétrica, a cimentação e a fixação, os problemas de passagem dos eletrodos pelo vidro, a evacuação rápida, etc., etc. A DGA subestimou esse conhecimento de alta tecnologia em produção na época e precisou de anos para adquiri-lo, por exemplo, caçando especialistas. Isso foi para se vingar.

Publicidade no campo de 1900

Outro problema era que o suprimento mundial conhecido de ósmio na época era de cem a poucas centenas de quilos. Afinal de contas, Auer e a DGA haviam conseguido cerca de 100 quilos do metal mais raro. Mas a concorrência espalhou rumores de que havia muito pouco ósmio para satisfazer a demanda mundial por lâmpadas de filamento metálico. Além dos problemas de produção, isso contribuiu ainda mais para a flutuação do preço das ações da DGA.

Apesar de todas essas desvantagens, todos ficaram entusiasmados com a visão da nova fonte de luz. Ela não ofuscava como as grandes lâmpadas de arco elétrico externas que iluminavam as praças e avenidas à noite. E, ainda assim, proporcionava uma luz mais brilhante, branca e pura, e também melhor do que as velas, lâmpadas de parafina, lâmpadas de filamento de carbono ou mantos de gás anteriores. De repente, elas pareciam brilhantes e o público em geral agora podia perceber como seus espectros de cores tendiam para o avermelhado e o esverdeado. As senhoras da alta sociedade passaram a se preocupar com sua aparência sob a luz do gás. Além disso, a nova lâmpada incandescente foi usada como pixel para campos de tela em larga escala nas fachadas dos edifícios, nos quais eram exibidas pequenas sequências de filmes animados que anunciavam picles, cerveja ou casas noturnas. Por volta de 1910, a Broadway em Nova York parecia, em alguns lugares, um estudo preparatório para os cenários do clássico filme de ficção científica "Blade Runner". Até mesmo em Berlim, salamandras e bolhas de champanhe estavam subindo pelas paredes dos edifícios à noite - mesmo quando sóbrias.

Infelizmente, a DGA só conseguiu lidar com seus problemas de produção em massa por volta de 1903/04. Ela estava se recuperando de cinco ou seis anos perdidos. E para piorar a situação, descobriu-se que não haveria uma segunda chance. Não porque o ósmio estivesse em falta, mas porque a tecnologia de medição de temperatura, a química, a sinterização e a tecnologia de usinagem de metais estavam fazendo grandes avanços. Logo ficou claro que o tungstênio, e não o ósmio, era o metal de maior fusão. Sob o nome de lâmpada "Osram" (uma contração das palavras ósmio e tungstênio), que obscureceu o equívoco anterior, a DGA finalmente lançou no mercado uma lâmpada de filamento de tungstênio na qual era usado pó de tungstênio em vez de pó de ósmio. No entanto, os departamentos de pesquisa dos fabricantes tradicionais de lâmpadas nos EUA e na Europa também não dormiram e tentaram tornar os metais frágeis dúcteis, ou seja, passíveis de serem puxados por um orifício. Em 1906, a Siemens produziu a primeira lâmpada de fio metálico, embora com tântalo, um metal que era apenas moderadamente adequado para essa finalidade. Em 1911, um consórcio da General Electric e de fabricantes europeus finalmente colocou a lâmpada de fio de tungstênio no mercado. O laboratório de pesquisa da General Electric finalmente conseguiu tornar dúctil o tungstênio, que era frágil como o ósmio. Isso significou o fim definitivo das lâmpadas de filamento de ósmio e tungstênio, que eram menos eficientes.

Assim, a DGA ficou sentada em um palete de recipientes cheios até a borda com pó de ósmio em sua sede no que hoje é a cidade de Oberbaum, em Berlim-Friedrichshain. Em vez de muito pouco, ela agora tinha muito e estava procurando desesperadamente por um comprador. Após a Primeira Guerra Mundial, a empresa conseguiu se salvar em uma grande fusão corporativa chamada Osram GmbH KG. Como resultado, as duas primeiras letras do metal mais raro do mundo foram preservadas pelo menos no famoso nome da empresa até hoje.

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