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Anmerkungen zur Transkription
Der vorliegende Text wurde anhand der Buchausgabe so weit wie
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Antiqua: ~Tilden~
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Chemische
Unterhaltungen
Von
Ludwig Wunder
in Sendelbach bei Lohr a. M.
Mit 52 Abbildungen
Verlag Peter J. Oestergaard
Berlin-Schöneberg
+Alle Rechte+, insbesondere das Recht der
Übersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten.
== Nachdruck wird gerichtlich verfolgt. ==
~Copyright by
Peter J. Oestergaard Verlag,
Berlin-Schöneberg.~
8955. Berliner Buch- und Kunstdruckerei, G. m. b. H.,
Berlin W. 35–Zossen.
Inhalt.
1. Wie man chemische Kenntnisse erwirbt (ein Brief) 7
2. Was ein Chemiker sich unter einer Verbrennung vorstellt 10
3. Über die Unterschiede zwischen chemischen und physikalischen
Vorgängen (ein Brief) 22
4. Atom und Molekül (ein Gespräch) 28
5. Die Wärmeänderung bei chemischen Vorgängen 39
6. Säuren, Basen und Salze (ein Gespräch) 48
7. Die Salpetersäure und was man daraus macht 58
8. Kohlehydrate und Alkohol 68
9. Brennstoffe 84
10. Fette, Öle, Seifen und Kitte 111
11. Die größte chemische Fabrik der Welt (ein Gespräch) 123
12. Das periodische System der Elemente (ein Gespräch) 144
Vorwort.
Dieses Buch bedarf einer kurzen Erläuterung; nicht sowohl wegen seines
Inhalts (von dem ich mit der Eitelkeit des Verfassers hoffe, daß er
für sich selbst spricht), als vielmehr wegen seiner Darstellung. Denn
ich habe in zwei Kapiteln die Briefform und in vier Kapiteln die
noch subjektivere Form des Zwiegesprächs angewendet, und dies gerade
bei solchen Stoffen, die unzweifelhaft schwieriger zu erklären sind
als der übrige Inhalt. Ich hoffe nicht, daß mir jemand daraus den
Vorwurf schmiedet, ich wolle den Ernst der Wissenschaft durch eine
theatermäßige Spielerei profanieren; aber vielleicht ist es doch gut,
die Gründe zu nennen, warum ich diese uralte, von den griechischen
Philosophen geübte, von unseren eigenen Vorfahren bis vor 100 Jahren
viel gepflegte Darstellungsform wieder aufgreife. Wer immer sich mit
der Kunst der volkstümlichen Darstellung befaßt hat, der wird zugeben
müssen, daß das eigentliche Wesen alles Erklärens darin beruht, daß
man die +Gegensätze+ betont und heraushebt; gerade, wie man eine
mathematische Formel oft dadurch am besten begreift, daß man für die
veränderliche Größe die gegensätzlichen Grenzwerte Null und Unendlich
einsetzt. Für die Betonung der Gegensätze eignet sich nun nach
meinen Erfahrungen die Form des Zwiegesprächs ganz außerordentlich;
sie schneidet mit Messerschärfe die Gegensätze heraus und rundet
so überraschend schnell alle Begriffe, auch solche, über die man
sonst wohl lange vergeblich reden könnte. Freilich ist es nicht
immer leicht, Klippen zu vermeiden, die den Fragensteller als bloßen
Statisten erscheinen lassen könnten, oder die darin bestehen, daß der
Fragende alle Schwierigkeiten des Stoffes geschickt umgeht, und so zwar
leichte, aber den Leser wenig befriedigende Antworten erhält. Der Leser
wird zweifellos selbst am besten beurteilen können, wieweit es mir
gelungen ist, diese Fehler zu vermeiden.
+Sendelbach bei Lohr a. M.+
=L. Wunder.=
1. Wie man chemische Kenntnisse erwirbt.
(Ein Brief.)
Lieber Freund!
Sie fragen mich, ob ein Laie, der noch niemals in Chemie unterrichtet
worden ist, imstande sei, sich durch eigene Belehrung eine richtige
Vorstellung von chemischen Vorgängen zu machen. Diese Frage darf
ich getrost bejahen. Freilich handelt es sich bei der Belehrung
in chemischen Fragen um wesentlich andere Methoden als etwa beim
Selbststudium der Geschichte. Denn Geschichte kann man zur Not allein
aus Büchern und mit Büchern lernen. Soll ich Ihnen klarmachen, warum
diese Methode für das Studium der Chemie unbrauchbar ist, so möchte
ich die Chemie mit einer modernen Fremdsprache, etwa Französisch oder
Englisch, vergleichen. Wenn Sie versuchen wollten, diese Sprachen
+allein+ aus Lehrbüchern zu lernen, ohne jemals sich von einem Kundigen
die Laute, Wörter und Sätze vorsprechen zu lassen und Ihr Ohr am
lebendigen Klang der Sprache zu üben, so werden Sie mir zugeben,
daß Ihre erste Unterhaltung in dieser Sprache mit einem wirklichen
Beherrscher derselben recht merkwürdig klingen müßte. +Man muß also mit
dem Ohr Erfahrungen sammeln, um mit dem Verstand Sprachen lernen zu
können.+ In einer ganz ähnlichen Lage befinden Sie sich, wenn Sie die
Sprache der Chemie lernen wollen: da müssen Sie die chemischen Vorgänge
aus zahlreichen Experimenten zu sich reden lassen, um gleichsam Ihr
Ohr an den Ton der chemischen Sprache zu gewöhnen, um eine Vorstellung
davon zu bekommen, was im Bereich der Chemie möglich ist und was
unmöglich ist. Das Experiment ist nicht bloß in der Chemie, sondern
in allen Naturwissenschaften die Grundlage alles Lernens und die
letzte, ja die einzige +maßgebende+ Instanz für die Beantwortung aller
Fragen. In unseren Schulen wird das noch viel zu wenig beachtet. Dort
herrscht leider auch bei zahllosen Lehrern noch der Irrglaube, als ob
man chemische Tatsachen aus Büchern lernen könne, aus Büchern, die uns
doch im besten Fall nur zum Studium der Natur +anregen+ können. Hätten
diese Lehrer eine Ahnung davon, welch entsetzliche Vergewaltigung ihre
unnatürliche Lehrmethode für den Geist der Schüler bedeutet, so müßte
sich ihr Verantwortungsgefühl dagegen aufbäumen. Aber selbst wenn ihnen
diese Ahnung aufdämmern möchte, stehen ihnen noch hundert Ausflüchte
offen: die uralte scholastische Überlieferung, der Mangel an Zeit, an
Geld und Laboratoriumseinrichtungen, Arbeitsüberhäufung, ungenügende
Entschädigung für Vorbereitungsarbeit, Disziplinschwierigkeiten im
Laboratoriumsunterricht, die Gefahren und die gesetzliche Haftpflicht
des Lehrers für Unfälle usw. -- Da wird wohl noch eine lange Zeit
vergehen, bis die Laboratorien unserer Schulen aus dem Stadium
des „Renommierlaboratoriums“ in das der wirklichen Arbeitsstätte
übergetreten sein werden. Und doch müssen wir unerbittlich an der
Erkenntnis festhalten, daß es kein wirkliches Lernen der chemischen
Sprache gibt, außer in jenem Zwiegespräch mit der Natur, welches
durch die +eigene+ Experimentiertätigkeit des Lernenden geführt
wird. Es genügt auch nicht, daß der Lernende bloß den Experimenten
des Lehrers zusieht; er muß selbst nach eigenem Ermessen Fragen an
die Natur stellen können. Denn die Experimentalvorträge des Lehrers
sind recht häufig nichts anderes als eine ~pia fraus~, ein frommer
Betrug gegen den Schüler, der dem Lehrer meistens gar nicht voll zum
Bewußtsein kommt. Denn der Lehrer wird aus naheliegenden Gründen
stets solche Versuche auswählen, welche für die von ihm vorgetragenen
Behauptungen sprechen; er wird Versuche, welche dagegen sprechen,
nicht machen, vielleicht in der redlichen Absicht, den Schüler nicht
durch Widersprüche zu verwirren. So dient er wohl der Klarheit, aber
gewiß nicht der Wahrheit. Drei Viertel aller Experimentalvorträge
unserer naturwissenschaftlichen Hoch- und Mittelschullehrer sind mit
diesem Fehler behaftet und zwingen unter dem Scheine der Objektivität
das Gehirn des Schülers in ausgefahrene Geleise. Es gibt nur ein
einziges wirksames Mittel gegen solche Selbsttäuschung: das ist die
+eigene+ Experimentiertätigkeit des Schülers, und zwar nicht jene
„planvoll durch den Lehrer geleitete“ unserer an unfreiwilliger Komik
so überreichen Schullehrpläne und Ministerialverordnungen, sondern die
aus eigenem Denken hervorgegangene, vielleicht gerade durch die Lust
am Widerspruch, durch den Zweifel an den einseitigen Ausführungen des
Lehrers angeregte. In der Schule der Zukunft wird für diese eigene
Versuchstätigkeit des Schülers unbeschränkte Zeit, unbeschränkte
Gelegenheit und -- unbeschränkte Lust vorhanden sein. Dann wird auch
kein Experimentalvortrag des Lehrers, sei er noch so einseitig und
unwahr, Schaden anstiften können.
Sie aber, lieber Freund, möchte ich mit diesen Worten angeregt haben,
auch +meine+ folgenden Belehrungen und Behauptungen als einen Anreiz
zum +Zweifel+ auf sich wirken zu lassen, der in Wahrheit der Vater
aller Erkenntnis ist. Ich werde es mir zur Aufgabe machen, Ihren
Zweifel förmlich herauszufordern. Ich werde Ihren Zweifel als den
Stempel Ihres Geistes achten und ehren und werde Ihnen im Gefühl dieser
Achtung nach meinen Kräften helfen, die Natur selbst zu befragen.
Ihr getreuer
L. W.
2. Was ein Chemiker sich unter einer Verbrennung vorstellt.
Die Verbrennung gilt dem Laien als das sicherste Mittel, um einen
Gegenstand unwiderbringlich zu vernichten. Aber auch der Chemiker wird,
wenn er unliebsame Briefe vernichten will, zum Feuer greifen, und es
wird ihm auch nicht gelingen, die jammernde Hausfrau zu überzeugen,
daß ein in die Tischdecke gebranntes Loch nur auf einer Täuschung
beruhe. Holz und Kohle im Ofen verbrennen auf Nimmerwiederkehr, die
brennende Kerze scheint wahrhaft spurlos zu verschwinden. Selbst die
katholische Kirche, die doch den Glauben an unser Fortleben nach dem
Tode unerschütterlich festhält, wußte in der Inquisitionszeit kein
besseres Mittel zur vollständigen Vernichtung der Ketzer als den
Feuertod. -- Angesichts solcher Tatsachen ist es keine leichte Aufgabe,
nachzuweisen, daß die Substanz keines einzigen verbrannten Gegenstands
von der Erde verschwunden ist, daß kein Brief, kein Holzscheit, keine
Kohle noch Kerze, kein ketzerischer Leib durch das Verbrennen auch nur
um ein Milligramm leichter geworden ist, daß alle seit Urzeiten auf
Erden verbrannten Dinge noch mit ihrem vollen Gewicht und ihren ganzen
Bestandteilen auf Erden vorhanden sind.
Die Geschichte des Begriffs „Verbrennung“ ist nämlich geradezu ein
Schulbeispiel für die Richtigkeit des Satzes, daß der Schein trügt.
Wenn man das gerade Gegenteil von derjenigen Auffassung glaubt, die
einem zunächst als die richtige erscheint, so kommt man auf diesem
Gebiet in den meisten Fällen der Wahrheit am nächsten. Denn wenn z.
B. ein Stück Schwefel verbrennt, so sieht es aus, als ob seine Masse
beim Brennen leichter würde, und wird doch schwerer; die schöne blaue
Flamme scheint anzudeuten, daß ein Stoff aus dem Schwefel entweicht --,
aber in Wirklichkeit ist sie ein Zeichen der Verbindung des Sauerstoffs
mit dem Schwefel, also kein Symbol des Abgangs, sondern vielmehr ein
Symbol des Zugangs eines Stoffes zum Schwefel; beim Brennen sieht es
aus, als ob der Schwefel auf Nimmerwiedersehen verschwände, aber die
Wahrheit ist, daß man ihn aus dem gasförmigen Verbrennungsprodukt
leicht wieder abscheiden kann. Also jede unserer ersten Vermutungen
erweist sich bei genauerer Prüfung als trügerischer Schein.
Ich will nun eine Reihe von Versuchen beschreiben, welche jedermann
in den Stand setzen, sich von der Richtigkeit meiner Behauptungen zu
überzeugen.
Zunächst ist nachzuweisen, daß jeder brennbare Körper beim Verbrennen
nicht an Gewicht verliert, sondern im Gegenteil zunimmt. Dieser
Nachweis ist am leichtesten, wenn +sämtliche+ Verbrennungsprodukte
des Körpers +fest+ sind, wenn er sich also ausschließlich in +Asche+
verwandelt. Diese Eigenschaft besitzen die verbrennbaren Metalle, z.
B. Eisen, Magnesium, Blei, Zinn. Nun brennen solche Metalle natürlich
nicht so leicht, wie etwa Holz oder Kohle, und man muß sie daher
in eine lockere Form bringen, am besten in Pulverform, um sie gut
brennbar zu machen. Sehr gut eignet sich für unseren ersten Versuch
das pulverförmige Magnesiummetall, welches in jeder Drogerie billig zu
kaufen ist. Wir legen auf eine Tafelwage oder Briefwage, welche noch
ein halbes Gramm Belastung deutlich durch einen Ausschlag erkennen
läßt, ein Stückchen Ziegel oder Dachschiefer und schütten darauf etwa
10 Gramm Magnesiumpulver, so daß es einen kleinen Berg bildet. Dann
stellen wir die Wage, falls es eine Tafelwage ist, durch Belastung der
anderen Schale genau ins Gleichgewicht und zünden sodann mit einem
Streichholz den Gipfel unseres Magnesiumberges an. Der ganze Berg
gerät in kurzer Zeit in schöne Rotglut, und durch die Hitze wird ein
aufsteigender Luftstrom erzeugt, welcher zunächst die Wagschale mit
emporreißt, so daß es aussieht, als ob das Magnesium beim Verbrennen
leichter würde. Dieser Eindruck wird noch dadurch verstärkt, daß
ein kleiner Teil der weißen Asche als Rauch emporgewirbelt wird und
daß die übrige Asche merklich zusammensinkt und einen geringeren
Raum einzunehmen scheint, als vorher das Metallpulver einnahm. Aber
trotz dieser Verluste und Sinnestäuschungen erkennt man bereits nach
wenigen Minuten, daß die Wagschale mit der Asche tiefer und tiefer
herabsinkt und offensichtlich schwerer wird, als sie zuerst war. Die
Gewichtszunahme wächst noch mehr, wenn man mit Hilfe einer Stricknadel
den glühenden Berg vorsichtig auseinanderbreitet, so daß auch sein
Inneres verbrennen kann.
Auch mit pulverförmigem +Eisen+, welches in den Apotheken und Drogerien
unter der lateinischen Bezeichnung ~Ferrum limatum~ zu kaufen ist,
läßt sich der Versuch unter gewissen Bedingungen leicht anstellen.
Diese Bedingungen bestehen darin, daß man das Eisenpulver mittels eines
+Magneten+ an einer Wage aufhängt. Man benutzt dazu einen sogenannten
Hufeisenmagneten, den man, gewöhnlich ziegelrot lackiert, bei jedem
Optiker bekommt, und taucht seine Pole in das Eisenpulver, welches
in dicken Büscheln daran hängen bleiben muß. Dann befestigt man den
Magneten vorsichtig so an einer Schale einer Hornschalenwage oder
anderen Balkenwage, daß der „Bart von Eisen“ nirgends anstößt, sondern
allseitig frei hängt. Nun wird die Wage in genaues Gleichgewicht
gebracht. Dann hält man eine Flamme, am besten eine Spiritusflamme
oder einen Bunsenbrenner, unter den Eisenbart. Er entzündet sich und
verglimmt langsam, während zugleich der Wagenarm sich senkt, an dem er
befestigt ist.
[Illustration: Abb. 1. Gewinnung von Bleioxyd durch Veraschen von Blei.]
Auch Blei und Zinn werden bedeutend schwerer, wenn man sie durch
Erhitzen an der Luft in Asche verwandelt. Man füllt zu diesem Zweck
einen kleinen Porzellantiegel, welchen man in der Regel beim Optiker
kaufen kann, zu dreiviertel mit zusammengeknülltem Stanniol oder
kleingehacktem Blei und wägt ihn auf einer Hornschalenwage oder guten
Briefwage. Hornschalenwagen wägen mit einer Genauigkeit bis zu ¹⁄₁₀₀
Gramm. Dann erhitzt man den Tiegel auf einem passenden Gestell in
+schräger+ Lage, wie Abb. 1 zeigt. Die Schrägstellung des Tiegels ist
notwendig, damit die Luft gut über das schmelzende Metall streichen
kann. Zum Erhitzen muß man eine rußfreie und heiße Flamme haben,
also entweder einen Bunsenbrenner oder eine Benzingebläselampe. Das
geschmolzene Metall wird mit einer Stricknadel fleißig umgerührt. Nach
20–30 Minuten ist es größtenteils in Asche verwandelt, die sich beim
Wägen (nach dem Erkalten) als bedeutend schwerer erweist.
Niemand wird zweifeln, daß es sich in allen diesen Fällen um echte
Verbrennungen handelt, wenn auch eine eigentliche Flamme nicht
sichtbar wird. Die „Flamme“ entsteht nämlich nur dann, wenn der
Brennstoff durch die Hitze oder durch andere Umstände wenigstens
teilweise in Dampf verwandelt wird. Da nun Metalle, wie Eisen und
Blei, nicht leicht verdampfen, so brennen sie auch nicht leicht mit
Flamme. Schwefel dagegen oder Phosphor, welche leicht verdampfen, oder
auch Wachs, Petroleum, Paraffin usw., bilden beim Brennen Flammen.
Das Magnesiummetall nimmt eine Mittelstellung ein, da es in heller
Glühhitze ebenfalls verdampft: zündet man einen Streifen Magnesiumband
an, so kann man deutlich eine lodernde, blendend weiße Flamme
beobachten. +Jede „Flamme“ ist ein brennender Dampf.+
[Illustration: Abb. 2. Gewichtszunahme bei der Verbrennung einer Kerze.]
Ein Stoff, der mit Flamme brennt, scheint nun merkwürdigerweise beim
Brennen stets leichter zu werden. In Wahrheit wird er aber doch nicht
leichter, sondern gleichfalls schwerer. Aber sein Verbrennungsprodukt,
seine „Asche“, ist eben meistens gasförmig und entweicht unsichtbar
in die Luft. Was wir aber nicht sehen, das glaubt bekanntlich unser
Herz nicht gern, und so sträuben wir uns gegen die Annahme, daß
eine Kerze beim Brennen schwerer wird, weil wir die gasförmige,
unsichtbare „Asche“ der Kerze nicht beobachten können. Nun ist es
aber gar nicht schwer, diesen Zweifel zu entkräften. Die gasförmigen
Verbrennungsprodukte der Kerze haben nämlich die Eigenschaft, von
festem +Ätznatron+ (auch „Laugenstein“ oder „scharfe Soda“, „kaustische
Soda“ genannt) aufgeschluckt und festgehalten zu werden. Wenn man
daher über einer brennenden Kerze einen Lampenzylinder befestigt,
dessen Höhlung mit Stücken von festem Ätznatron gefüllt ist, so hält
dieser alle Verbrennungsprodukte der Kerze fest. Nun kann man mit
einer Wage leicht feststellen, ob Kerze und Lampenzylinder zusammen
beim Verbrennen der Kerze leichter werden oder schwerer. Der Versuch
ergibt das letztere. Man muß dabei, wie Abb. 2 zeigt, einen gewissen
Kunstgriff anwenden. Das feste Ätznatron hat nämlich die Eigenschaft,
an der Luft ganz von selbst schwerer zu werden, weil es die in der
Luft stets vorhandene Feuchtigkeit begierig anzieht. Würden wir also
auf die eine Wagschale die Kerze und den Zylinder voll Ätznatron,
auf die andere aber nur die Tariergewichte setzen, so könnte man mit
Recht gegen das Versuchsergebnis einwenden, daß das Ätznatron durch
heftige Anziehung der Luftfeuchtigkeit schwerer geworden sei. Dieser
Einwand wird dadurch entkräftet, daß man auch auf die andere Wagschale
einen ebensogroßen Zylinder voll Ätznatron bringt. Nun zeigt sich,
daß trotzdem die Wagschale mit der brennenden Kerze schwerer wird.
Gegen diesen Befund kann auch der scharfsinnigste Kritiker nichts
einwenden: +die Gewichtsabnahme der brennenden Kerze ist nur eine
Sinnestäuschung+. Auch die mit Flamme brennenden Körper werden beim
Brennen nicht leichter, sondern schwerer.
Also sind die Holzscheite und Steinkohlen, welche wir und unsere
Vorfahren in den Öfen verbrannt haben, und die Leiber der armen Ketzer
und Hexen, welche die Inquisition durch den Flammentod zu vernichten
glaubte, in Wahrheit nicht verschwunden, sondern sie schweben noch als
unsichtbare Gase in der Luft -- wenn diese Gase nicht im Haushalt der
Natur eine andere Verwendung gefunden haben. Darüber werden wir noch
Näheres hören.
Stellen wir als vorläufiges Ergebnis unserer Untersuchungen fest: +es
gibt keinen einzigen brennbaren Körper, der nicht bei der Verbrennung
an Gewicht zunimmt+.
Die Gewichtszunahme ist nur dadurch erklärbar, daß der brennende Stoff
während der Verbrennung einen anderen Stoff an sich zieht. Dieser
andere Stoff kann nur in der Luft enthalten sein: es ist bekanntlich
das +Sauerstoffgas+, welches ziemlich genau den fünften Teil der
Luft ausmacht. Aus diesem Grund vermag kein Körper, der in der Luft
brennbar ist, im luftleeren Raum oder in einer Luft zu brennen,
aus welcher man das Sauerstoffgas entfernt hat. Aus diesem Grund
verlöschen auch brennende Körper nach einiger Zeit, wenn man sie in
einem abgeschlossenen Luftraum hat brennen lassen: z. B. verlischt
eine kleine Kerze sehr bald, wenn man sie mit Hilfe eines Drahtes in
eine leere Flasche versenkt, weil das in der Flaschenluft enthaltene
Sauerstoffgas sich bald mit der Kerze chemisch verbunden hat. Taucht
man einen brennenden Streifen Magnesiummetall in eine leere Weinflasche
und stöpselt man sie sofort, gleichzeitig, fest zu, so ist es nicht
schwer nachzuweisen, daß das Magnesium beim Brennen einen Teil der
Luft in sich aufgenommen hat: wenn man nämlich nach 10 Minuten die
Flasche mit der fest verschlossenen Mündung unter Wasser taucht und nun
entkorkt, so strömt Wasser hinein. Also ist beim Brennen des Magnesiums
soviel Luft verbraucht worden, als nun durch Wasser ersetzt wurde.
Diese Luft, oder vielmehr dieser Luftbestandteil, der Sauerstoff, ist
es, welcher die Gewichtszunahme brennender Stoffe verursacht.
Eine derartige Behauptung bleibt unverständlich für jeden Menschen,
der über die Natur der Gase noch keine Erfahrungen gesammelt hat.
Denn er kann sich nicht vorstellen, daß Luft ein Gewicht haben soll,
oder wenn er es für möglich hält, so glaubt er, daß dieses Gewicht
viel zu gering sei, um mit der gewöhnlichen Wage meßbar zu sein.
Nimmt doch eine brennende Kerze weit mehr an Gewicht zu (wenn man die
Verbrennungsprodukte wiegt), als ihr eigenes Gewicht beträgt. Und hätte
die Luft wirklich ein Gewicht, so müßte sie doch zu Boden sinken.
Ferner müßte sie auf die Wagschalen, auf den Tisch, ja, auf unseren
eigenen Körper einen Druck ausüben.
Es ist nicht schwer, diese Einwände zu entkräften. Daß die Luft trotz
ihres Gewichtes nicht zu Boden sinkt, ist auf denselben Zusammenhang
zurückzuführen, durch welchen ein Fisch im Wasser nicht zu Boden sinkt,
obgleich er doch sicherlich ein recht wahrnehmbares Gewicht besitzt.
Daß sie auf die Wagschalen, auf den Tisch, auf unseren Körper drückt,
entgeht der gewöhnlichen Beobachtung aus einem ähnlichen Grund: denn
wenn man eine Wage in eine Kufe voll Wasser stellt, so zeigt sie auch
keinen Ausschlag an, obwohl das Wasser auf die Wagschalen drückt. Es
drückt eben in diesem Fall nicht bloß auf beide Wagschalen gleichstark,
sondern es drückt auch von unten und von den Seiten gegen die Schalen.
So spüren wir auch von dem gewaltigen Druck der Luft auf unseren Körper
nichts, weil die Luft durch Mund und Nase in unsere Lungen und in unser
Blut gelangt und von hier aus dem Druck auf die äußere Körperfläche
das Gleichgewicht hält. Unsere sämtlichen Körpergewebe sind sozusagen
mit Preßluft gesättigt und infiltriert; bringt man eine Schale voll
frisches Blut in einen luftleeren Raum, so schäumt und moussiert es wie
eine entkorkte Brauselimonadenflasche, weil die eingepreßte Luft durch
keinen Gegendruck in der Flüssigkeit mehr festgehalten wird. Denn der
Druck der Luft ist in der Nähe des Erdbodens (in hohen Luftschichten
ist er viel geringer) gewaltig stark: er beträgt etwa 1 Kilogramm auf
jeden Quadratzentimeter. Auf die Oberfläche des menschlichen Körpers
ausgerechnet, macht dies für einen Erwachsenen von 1½–2 Quadratmeter
Hautoberfläche wohl einen Druck von 15000 bis 20000 Kilogramm, also
von 300 bis 400 Zentnern, aus. Es sieht fast merkwürdig aus, daß
wir unter dieser entsetzlichen Last nicht zusammenbrechen. Folgende
Tatsache wird uns das Verständnis erleichtern: Die Chemiker benutzen
zum Erhitzen ihrer Flüssigkeiten sehr dünnwandige Glaskolben mit ebenem
Boden, sogenannte Kochflaschen. Stellt man eine solche Kochflasche
in ein großes Druckgefäß und läßt man nun in dieses Druckgefäß
komprimierte Luft oder verdichtetes Kohlensäuregas einströmen, so
platzt die Kochflasche nicht, trotz ihrer dünnen Wandung, auch wenn man
den Druck der Preßluft auf 200 Atmosphären steigert. Denn der Druck
wirkt ebensostark auf die Innenseite, wie auf die Außenfläche der
Kochflasche. Schließt man sie jedoch vorher luftdicht zu, so wird sie
durch den Außendruck zusammengepreßt.
Aus diesen und vielen anderen Versuchen geht eindeutig hervor, daß die
Luft einen Druck ausübt, und dieser Druck kann nur von ihrem Gewicht
herrühren. Tatsächlich besitzt die Luft ein recht wahrnehmbares
Gewicht, welches für den Liter 1¼ Gramm beträgt. Man kann es leicht
mit Hilfe einer alten, ausgedienten Glühlampe nachweisen. Da diese
Lampen luftleer gepumpt sind, so müssen sie, wenn man durch Abbrechen
der Spitze Luft hineindringen läßt, schwerer werden um das Gewicht der
eingedrungenen Luft. Man wäge also eine möglichst große, unversehrte
Glühlampe ab oder tariere sie auf einer Hornschalenwage, breche dann
die Spitze, nachdem man sie mit einer kleinen Dreikantfeile angefeilt
hat, ab, und wäge nun die Glühlampe samt der abgebrochenen Spitze
wieder. Sie ist sehr merkbar (um 0,2–0,3 Gramm für die 16kerzige Lampe
gewöhnlicher Größe) schwerer geworden.
Somit kann es nicht mehr zweifelhaft sein, daß die Gewichtszunahme
brennender Stoffe durch das Hinzutreten einer bestimmten Menge Luft
erfolgt. Demnach muß also in dem Verbrennungsprodukt einesteils der
Brennstoff, andernteils die hinzugetretene Luft enthalten sein.
Durch geeignete Mittel muß es also gelingen, aus der „Asche“ beide
Bestandteile wieder abzuscheiden. Es muß möglich sein, die matte,
graugelbe Bleiasche wieder in glänzendes metallisches Blei zu
verwandeln, indem man den Sauerstoff herauslockt. Aus der weißgrauen,
glanzlosen Zinnasche muß sich Zinnmetall, aus dem unsichtbar
gasförmigen Kohlensäuregas schwarze Kohle wiedergewinnen lassen.
Freilich hängt der Luftsauerstoff so fest an den Metallen und an der
Kohle, daß die Trennung einige Schwierigkeiten macht. Nur die Aschen
des Quecksilbers und der edlen Metalle zerfallen schon beim bloßen
Erhitzen in Metall und Sauerstoffgas. Aber wir können uns diese Aschen
nicht selbst herstellen, haben daher auch an ihrer Zerlegung kein
rechtes Interesse. Wollen wir aber die Aschen unedler Metalle zerlegen,
so müssen wir nicht bloß Hitze anwenden, sondern auch dem Sauerstoff
sozusagen einen Ersatz anbieten für das Metall, das er freigeben soll.
Ein solcher Ersatz ist z. B. gepulverte Holzkohle. Wir mischen unsere
Bleiasche mit Holzkohlenpulver, füllen das Gemisch in einen Tiegel,
decken ihn mit einem Blech oder Scherben zu und erhitzen ihn über dem
Bunsenbrenner oder am Herdfeuer auf Rotglut: nach dem Erkalten finden
wir am Grund des Tiegels schön glänzendes, metallisches Blei. Wie der
Vogel Phönix ist es aus der Asche neu erstanden. (Mit Zinnasche ist
dieser Versuch viel schwieriger, da das Zinn den Sauerstoff fester hält
als Blei.)
Ebenso können wir leicht aus dem unsichtbaren, gasförmigen
Verbrennungsprodukt der Kohle, dem Kohlensäuregas, wieder schwarze
Kohle abscheiden, wenn wir dem Sauerstoff als Ersatz für die
freizugebende Kohle das Metall Magnesium anbieten. Wir benutzen dazu
die Versuchsanordnung der Abbildung 3. Das Magnesiumpulver wird in eine
sogenannte Kugelröhre aus schwer schmelzbarem Glas gefüllt (man bekommt
sie in den Geschäften für chemische Apparate oder bei Optikern) und
von außen durch eine Flamme erhitzt, nachdem man begonnen hat, durch
die Röhre einen Strom von Kohlensäuregas zu leiten. Zwischen den rot
erglühenden Metallspänen scheidet sich eine Menge schwarzer Kohle ab.
[Illustration: Abb. 3. Zurückgewinnung der Kohle aus dem Kohlendioxyd
durch glühendes Magnesiummetall.]
In der Natur kommt eine große Anzahl von Erzen vor, welche ihrer
Zusammensetzung nach nichts anderes sind als Metallaschen, verbrannte
Metalle. Man kann aus allen diesen Erzen die darin enthaltenen Metalle
gewinnen, indem man die Erze mit Kohle zusammen erhitzt. Manche von
diesen Erzen geben das Metall schon bei mäßigem Erhitzen mit Kohle
frei, z. B. der weiße Arsenik das Arsen: man bringt (Abb. 4) in ein
spitz zulaufendes Glasrohr aus schwer schmelzbarem Glas eine Spur eines
feinzerriebenen Gemisches von Arsenik und Holzkohle, überdeckt dieses
Gemisch mit einem winzigen Holzkohlensplitter und erwärmt es in einem
kleinen Flämmchen. Das abgeschiedene Arsen verdampft in der Hitze und
scheidet sich etwas oberhalb an den kälteren Wänden des Glasrohrs als
schwarzer, glänzender Spiegel ab. Da weißer Arsenik als Rattengift
Verwendung findet und nicht selten durch Verwechslung mit Zucker zu
Vergiftungsfällen Anlaß gibt, so kann man verdächtige Stoffe auf diese
Weise leicht auf Arsenik prüfen.
[Illustration: Abb. 4. Darstellung schwarzen Arsens.]
Auch aus den Eisenerzen wird nach demselben Verfahren das Eisen
abgeschieden, wozu nur deshalb eine größere Hitze erforderlich
ist, weil das abgeschiedene Eisen erst bei Gelbglut schmilzt und
zusammenfließt. Der riesenhafte chemische Apparat, in welchem dieser
wichtige Vorgang stattfindet, heißt bekanntlich Hochofen. Abb. 5
zeigt einen solchen aus Steiermark, dessen Höhe nicht weniger als
25 Meter beträgt. Die innere Weite nahe der Mitte ist 6½ Meter. Der
ganze, gemauerte Schacht wird mit abwechselnden Lagen von Kohle und
Erz gefüllt. Da das Erz aber nicht bloß aus Eisenasche, sondern
auch zum großen Teil aus Gestein („Gangart“) besteht, welches das
Zusammenfließen des geschmolzenen Eisens erschweren oder verhindern
würde, so muß es mit einem sogenannten „Zuschlag“ versetzt werden. Dies
ist (je nach Beschaffenheit der Gangart) eine quarz- oder kalkreiche
Gesteinsart, welche sich mit der Gangart zu einer leicht schmelzbaren
Schlacke verbindet. Besteht die Gangart aus Quarz, so muß der Zuschlag
ein Kalkgestein sein; ist die Gangart umgekehrt kalkreich, so muß der
Zuschlag viel Quarz enthalten: denn stets verbinden sich Quarz und
Kalk, die für sich fast unschmelzbar sind, miteinander zu einer leicht
schmelzbaren Schlacke.
[Illustration: Abb. 5. Hochofen.]
Der Hochofen ist infolge seiner großen Höhe sozusagen sein eigener
Kamin. Der Zug dieses Kamins würde aber bei weitem nicht ausreichen,
um die Hitze zu liefern, welche um raschen Ausschmelzen des Eisens
notwendig ist. Deshalb wird durch besondere Öffnungen („Düsen“) von
unten in den Hochofen Preßluft („Wind“) eingeblasen. Eine dieser Düsen
ist in unserer Abbildung rechts unten zu sehen. Diese Preßluft wird,
um recht wirksam zu sein, vor dem Eintritt ins Feuer um den ganzen
Hochofen herumgeleitet und dadurch vorgewärmt. Diese Vorwärmeleitung
sieht man etwas unterhalb der Ofenmitte im Querschnitt. Aus der
oberen Öffnung („Gicht“) des Hochofens sind früher ungeheure Mengen
brennbarer Gase („Gichtgase“) ungenutzt in die Luft entwichen. Jetzt
fängt man sie mit Hilfe der in der Abbildung sichtbaren Vorrichtung
auf und benutzt sie teils zur Vorwärmung des Windes, teils zum
Betrieb von Gasmotoren. Die Konstruktion dieser Gasmotoren ist eine
der größten technischen Errungenschaften der letzten Jahrzehnte.
Denn die Gichtgase sind an und für sich minderwertig und so arm an
brennbaren Bestandteilen, daß ihre Ausnutzung nur in Gasmotoren von
riesenhafter Größe möglich war, die erst erfunden werden mußten. So
werden jetzt bereits mehr als eine Million Pferdekräfte aus Gichtgasen
gewonnen, die früher ungenutzt in die Luft entwichen. Obwohl erst
ein Teil der deutschen Hochöfen mit Gichtgasmotoren verbunden ist,
kann die so gewonnene Kraft in den eigenen Betrieben bei weitem
nicht mehr verbraucht werden. Sie wird daher in unseren großen
Eisenhüttenanlagen an Ort und Stelle in Elektrizität verwandelt und
durch Überlandzentralen an die Städte und Ortschaften der weiteren
Umgebung verteilt.
Kehren wir nun zum Ausgangspunkt unserer Untersuchung zurück, so sehen
wir ein Hauptkennzeichen aller Verbrennungsvorgänge darin, daß der
brennende Körper sein Gewicht vermehrt um dasjenige einer gewissen
Sauerstoffmenge, mit welcher er sich im Verbrennungsvorgang verbindet.
Diese Sauerstoffmenge kann entweder aus der Luft entnommen werden,
wie bei allen Verbrennungen gewöhnlicher Art; oder sie kann aus
einem anderen Verbrennungsprodukt (einer Asche) stammen: so bei der
Verbrennung von Kohle durch Eisenoxyd, bei welcher das Eisenoxyd in
Eisen zurückverwandelt wird. Das Bild, welches sich ein Chemiker von
einer Verbrennung macht, unterscheidet sich also recht wesentlich von
der Auffassung der Laien: Der Brennstoff wird durch die Verbrennung
nicht +vernichtet+, sondern nur +verwandelt+. Er wird dabei nicht
+leichter+, sondern +schwerer+.
3. Über die Unterschiede zwischen chemischen und physikalischen
Vorgängen.
Lieber Freund!
Sie haben mir wieder eine Frage vorgelegt, deren Beantwortung (wenn
sie überhaupt möglich ist) jedenfalls weit schwieriger ist, als Sie
glauben. Ich soll Ihnen also eine scharfe Grenzlinie ziehen zwischen
den Begriffen des physikalischen und des chemischen Vorgangs, woraus
notwendig folgt, daß ich Ihnen erklären müßte, was ein physikalischer
und was ein chemischer Vorgang ist. Dies kann ich aber gar nicht,
wenigstens nicht in einer solchen Genauigkeit, daß die Erklärung für
alle Fälle gilt. Sie müssen mir also erlauben, die Antwort auf Ihre
Frage in dem Sinne einzuschränken, daß ich Ihnen die +scheinbaren+
Unterschiede zwischen chemischen und physikalischen Vorgängen nenne.
Sie werden mit dem Wachsen Ihrer chemischen Kenntnisse ganz von selbst
bemerken, daß diese Unterschiede eben nur scheinbare sind.
Betrachten wir als Beispiele für physikalische Vorgänge die Erhitzung
eines Metallstücks bis zur Glut, das Schmelzen eines Metalls, die
Verdampfung und das Gefrieren des Wassers. Was ist allen diesen
verschiedenen Vorgängen gemeinsam? -- Kein Mensch wird behaupten
können, daß ein Körper in einem +physikalischen+ Vorgang seine
Eigenschaften +nicht+ ändere. Ändert sich doch schon beim Glühen
das Aussehen aller Stoffe so außerordentlich, daß alle Farben und
Oberflächeneigenschaften schwinden, der Glanz erlischt, die Härte sich
außerordentlich verringert, die Leitfähigkeit für den elektrischen
Strom ganz anders wird. Tatsächlich kann man dem Aussehen nach einen
glühenden Stein von einem glühenden Eisenstück nicht unterscheiden, so
groß die Unterschiede dieser beiden Stoffe in der Kälte sind. Und nun
gar erst beim Schmelzen! Oder beim Verdampfen! Kann sich ein Körper
stärker verändern in bezug auf Aussehen, spezifisches Gewicht, Härte,
Zusammendrückbarkeit, Leitfähigkeit für den elektrischen Strom usw. als
es ein verdampfender Stoff tut? --
Man wird also nicht sagen dürfen, daß das Wesen eines chemischen
Vorgangs dadurch gekennzeichnet sei, daß sich die Eigenschaften des
Stoffes ändern, der dem Vorgang unterworfen wird. Denn wenn sich Blei
oder Magnesium durch den chemischen Vorgang der Verbrennung in Asche
verwandelt, so ist die Änderung der Eigenschaften kaum größer, als
wenn diese Metalle sich durch einen physikalischen Vorgang in Dampf
verwandeln.
Somit müssen wir die Kennzeichen chemischer Vorgänge in etwas
ganz anderem suchen. Nun ist es eine auffallende Tatsache, daß
bei chemischen Vorgängen stets und ohne Ausnahmen entweder Wärme
+entwickelt+ oder Wärme +verbraucht+ wird. Alle Verbrennungen
sind ja ein Beweis für den einen dieser Fälle, denn sie machen
die freiwerdende Wärme deutlich erkennbar. Man hat eine Zeitlang
geglaubt, in diesen Änderungen des Wärmeeinhalts das Hauptkennzeichen
+chemischer+ Vorgänge erblicken zu müssen. Aber wie unrichtig diese
Auffassung war, werden Sie mir sofort zugeben, wenn ich Sie daran
erinnere, daß auch die allerhäufigsten +physikalischen+ Vorgänge ohne
Wärmeinhaltsveränderungen nicht möglich sind: +kein+ Körper auf der
ganzen Welt kann schmelzen oder verdampfen, ohne gleichzeitig Wärme zu
verbrauchen; kein Gas kann sich verflüssigen, keine Flüssigkeit kann
erstarren, ohne zugleich Wärme an die Umgebung abzugeben. Kein Körper
kann von einem elektrischen Strom durchflossen, von einem Lichtstrahl
getroffen werden, ohne sich dadurch zu erwärmen, und es gibt auch
keinen Stoff auf der Erde, den man pressen oder hämmern könnte,
ohne ihn zugleich wärmer oder kälter (Eis wird durch Druck kälter)
zu machen. Also sind auch die Wärmezustandsänderungen kein sicheres
Kennzeichen der +chemischen+ Vorgänge allein.
Nun bleibt aber doch noch eine Gruppe von drei Möglichkeiten übrig,
welchen allein die chemischen Prozesse genügen können. Diese
Möglichkeiten sind:
1. das Zusammentreten zweier oder einiger Stoffe zu einem einzigen,
der in +allen+ Eigenschaften von seinen Bestandteilen abweicht,
2. der Zerfall eines Stoffes in zwei oder einige, die in allen
Eigenschaften von ihm verschieden sind,
3. der Austausch von Bestandteilen zwischen zwei Stoffen, so daß
beide dadurch in ganz neue Stoffe verwandelt werden.
Für den ersten Fall haben wir in den Verbrennungen viele treffliche
Beispiele kennen gelernt. Blei tritt mit Sauerstoffgas zu gelber
Bleiasche zusammen, welche in allen ihren Eigenschaften gänzlich
verschieden ist sowohl vom Blei als vom Sauerstoff. Ein prächtiger
Versuch zum Beweis des gleichen Falles ist die Bildung des
Jodquecksilbers aus Jod und Quecksilber. Sie kaufen sich eine
Zweikugelröhre aus schwer schmelzbarem Glas, wie Abb. 6, und bringen in
die eine Kugel etwas gepulvertes Jod, in die andere etwas Quecksilber.
Wenn Sie nun erst das Quecksilber und dann das Jod erwärmen, so
bilden sich prachtvoll glänzende Kristalle von rotem Jodquecksilber.
Dieser Versuch zeigt Ihnen zugleich, wie töricht es wäre, Chemie aus
Büchern lernen zu wollen, ohne Versuche zu machen. Denn der +Name+
„Jodquecksilber“ läßt die beiden Bestandteile so leicht erkennen,
daß man dadurch auf die falsche Meinung gebracht werden könnte, das
wirkliche Jodquecksilber lasse seine Bestandteile ebenfalls leicht
unterscheiden, so wie ein „Kesselwagen“ den Kessel und Wagen, ein
„Motorrad“ den Motor und das Rad. Man sieht aber im Versuch mit
Erstaunen, daß Jodquecksilber weder mit Jod, noch mit Quecksilber die
geringste Ähnlichkeit hat.
[Illustration: Abb. 6. Jod und Quecksilber.]
Die zweite Reihe von chemischen Vorgängen ist durch den +Zerfall+ eines
Stoffes in einige, von ihm verschiedene, gekennzeichnet. Beispiele
dafür kennen Sie schon längst; denn Sie wissen, daß man Wolle, Haare,
Kleiderstoffe, Holz usw. nicht erhitzen kann, ohne daß sie „sich
zersetzen“, d. h. eben in solche anderen Stoffe chemisch zerfallen.
Auch für die dritte Reihe von chemischen Vorgängen haben wir schon
Beispiele kennen gelernt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei
Stoffe durch den Austausch gewisser Bestandteile in zwei ganz neue
Stoffe verwandelt werden. So entstand durch solchen Austausch aus
+Bleiasche+ und +Kohlenpulver+: +Bleimetall+ und +Kohlensäuregas+, aus
+Kohlensäuregas+ und +Magnesiummetall+: schwarze +Kohle+ und weiße
+Magnesiumasche+.
Durch Nachdenken über Ihre Frage bin ich noch auf einen anderen
Unterschied zwischen physikalischen und chemischen Vorgängen gekommen:
durch physikalische Prozesse wird das Gewicht des Stoffes, welcher dem
Prozeß unterworfen wird, nicht verändert: ein Kilo Wasser behält sein
Gewicht bei, auch wenn es gefriert oder in Dampf verwandelt wird. Durch
chemische Vorgänge wird aber das Gewicht eines Stoffes stets vermehrt
oder vermindert, je nachdem er einem chemischen Aufbau oder Zerfall
unterworfen wird. Diese Gewichtsänderungen sind nun sehr interessant,
weil sie nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten erfolgen, welche ich mich
nun bemühen will, Ihnen klar zu machen.
Wir haben im Anfang unserer Unterhaltungen auf einer Wage einen kleinen
Berg aus Magnesiumpulver errichtet, haben ihn dann angezündet und
festgestellt, daß er durch Sauerstoffaufnahme aus der Luft sein Gewicht
vermehrte und dabei in weiße Magnesiumasche verwandelt wurde. Wir
können uns nun fragen: wieviel Sauerstoff enthält diese Asche? Gibt es
davon etwa verschiedene Qualitäten von verschiedenem Sauerstoffgehalt,
so wie man fettreichen und fettarmen Käse kennt? Wird etwa die weiße
Magnesiumasche noch reicher an Sauerstoff und noch schwerer, wenn
man sie an der Luft weiterhin glüht? -- Oder gibt es stets dieselbe,
einzigartige Verbindung einer ganz bestimmten Menge Magnesium mit einer
unabänderlichen Menge Sauerstoff? --
Diese Frage hat die Chemiker erst um die Wende vom 18. zum 19.
Jahrhundert zu interessieren angefangen, obgleich sie von so
beispielloser Wichtigkeit ist, daß erst von ihrer Beantwortung an
die Chemie ihren ungeheuren Aufschwung nehmen konnte. Da haben denn
zahllose Untersuchungen ergeben, daß es allerdings von einem und
demselben Metall verschiedene Aschen mit verschiedenem Sauerstoffgehalt
gibt. So gibt es z. B. vom Blei nicht weniger als drei verschiedene
Aschen, nämlich die gelbe Bleiglätte, das braunschwarze Bleisuperoxyd
und die rote Mennige. Aber trotzdem hat es damit eine ganz andere
Bewandtnis als mit den Käsesorten von verschiedenem Fettgehalt.
Denn der Fettgehalt eines Käses kann in jeder beliebigen Abstufung
reguliert werden; ist mir ein Käse von 20 % Fettgehalt noch ein wenig
zu mager, so kann ich den Fabrikanten veranlassen, den Fettgehalt um
1, 2 oder 3 % zu erhöhen -- ganz nach meinen Wünschen. Finde ich aber
die Bleiglätte, welche stets unabänderlich 7,17 % Sauerstoff enthält,
für meine Zwecke zu arm an Sauerstoff, so kann ich ihren Gehalt daran
allerdings auch erhöhen, +aber nicht nach Belieben+: ich kann sie nur
in +Mennige+ verwandeln, welche außer dem Metall Blei noch 9,34 %
Sauerstoff enthält, oder in Bleisuperoxyd, welches 13,81 % Sauerstoff
enthält. +Mittelstufen zwischen diesen gibt es nicht.+ Auch besteht
noch ein wichtiger Unterschied gegenüber den Käsesorten: diese sind
doch im Grund, trotz ihres verschiedenen Bleigehalts, von gleicher Art
und gleichartigen Eigenschaften. Die drei Sauerstoffverbindungen des
Bleis sind dagegen +grundverschieden+ voneinander: Bleiglätte ist gelb,
Mennige zinnoberrot, Bleisuperoxyd dunkelbraun. Bleiglätte löst sich
in Essigsäure und in Salpetersäure leicht auf, Bleisuperoxyd in keiner
von beiden Säuren, Mennige wird durch Salpetersäure in Bleisuperoxyd
verwandelt usw.
Es werden also die Verhältnisse bei chemischen Vorgängen von einem
Gesetz beherrscht, welches der Engländer +John Dalton+, Lehrer in
Manchester, um 1803 herum entdeckte und als „+Gesetz der bestimmten
Gewichtsverhältnisse+“ bezeichnete.
Etwas schwieriger war die Entdeckung eines zweiten Gesetzes über
denselben Gegenstand, welche durch denselben Forscher wenige
Jahre später erfolgte. Ich kann sie Ihnen ebenfalls an den drei
Sauerstoffverbindungen des Bleis klarmachen. Wir haben vorhin folgende
Prozentgehalte Sauerstoff für diese drei Verbindungen erwähnt:
Bleiglätte 7,17
Mennige 9,34
Bleisuperoxyd 13,81
Rechnet man nun diese Sauerstoffgehalte um auf je einen Gewichtsteil
Bleimetall, so findet man:
in +Bleiglätte+ sind mit 1 g Blei verbunden: 0,0773 ~g~ Sauerstoff
„ +Mennige+ „ „ „ „ „ „ 0,1030 „ „
„ +Bleisuperoxyd+ „ „ „ „ „ „ 0,1546 „ „
Betrachtet man diese Zahlen genauer, so erkennt man leicht, daß das
Bleisuperoxyd genau doppelt soviel, die Mennige genau um ein Drittel
mehr Sauerstoff enthält als die Bleiglätte. Dieselbe Beobachtung
macht man, wenn man die Aschen anderer Metalle, z. B. des Eisens, mit
der Wage und rechnerisch kontrolliert. +Stets ergeben sich zunächst
komplizierte Zahlen, die aber stets untereinander in einem einfachen
Verhältnis stehen.+ Diese Verhältnisse sind so einfach, daß man sie
stets durch einstellige ganze Zahlen bezeichnen kann, also z. B. 1 : 2,
oder 3 : 4, oder 4 : 7 usw.
Dieses Gesetz heißt: „+Gesetz der mehrfachen Gewichtsverhältnisse+“.
Durch die beiden Gesetze der „bestimmten“ und der „mehrfachen“
Gewichtsverhältnisse sind alle chemischen Vorgänge scharf
gekennzeichnet. Ich hoffe, damit Ihre Frage in verständlicher Form
beantwortet zu haben, und bitte Sie nur, mir Ihre Zweifel stets
mitzuteilen.
Mit herzlichen Grüßen
Ihr
L. W.
4. Atom und Molekül.
(Eine Unterhaltung zwischen einem Laien und einem Chemieprofessor im
Laboratorium.)
+Der Laie+: Lieber Professor, gestatten Sie mir, daß ich Ihren
wissenschaftlichen Theorien den Vorwurf mache, daß sie unserem
Laienverstand oft ein wenig +naiv+ vorkommen. Was will Ihre
Wissenschaft z. B. mit der +Atomtheorie+ sagen! Ist es wirklich Ihr
Ernst zu behaupten, daß die Teilbarkeit einmal eine Grenze haben soll?
Daß man z. B. den Feinheitsgrad eines Pulvers durch Mahlen nicht
über eine gewisse Stufe erhöhen könne? Uns Laien erscheint, offen
gesagt, die Annahme geradezu lächerlich, daß ein so winziges Teilchen
plötzlich gegen jeden weiteren Teilungsversuch eine unüberwindliche
Widerstandskraft entwickeln soll, während wir mit unseren Sprengstoffen
doch sogar Nickelstahlpanzer bequem in Teile zerlegen können. Wer ist
eigentlich zuerst auf diesen absurden Gedanken gekommen?
+Der Professor+: Der Gedanke lag am Ende des 18. Jahrhunderts sozusagen
in der Luft; klar ausgesprochen wurde er am Beginn des 19. Jahrhunderts
zum erstenmal von demselben +John Dalton+ in Manchester, der die beiden
Gesetze der einfachen und mehrfachen Gewichtsverhältnisse zuerst
entdeckt hat. Was nun Ihre Einwände betrifft, so können Sie sich mit
der Tatsache trösten, daß auch wir Fachgelehrten in der Anfangszeit
unseres Chemiestudiums ebenso gedacht haben, wie Sie jetzt denken. Um
so mehr dürfte es Sie interessieren, daß die Atomlehre in den hundert
Jahren ihrer Entwicklung an Wahrscheinlichkeit nicht verloren, sondern
im Gegenteil soviel gewonnen hat, daß heute wohl kein Chemiker im Ernst
daran zu zweifeln wagt.
+Der Laie+: Das ist mir ganz unbegreiflich, und Sie machen mich
ordentlich neugierig, die Gründe zu hören.
+Der Professor+: Die ältesten und noch immer nicht widerlegbaren
Gründe für die Atomtheorie liefern uns die beiden Daltonschen
Verbindungsgesetze (das der bestimmten und das der vielfachen
Gewichtsverhältnisse). Hätte nämlich die Teilbarkeit der Stoffe keine
Grenze, so müßten sich z. B. Blei und Sauerstoff in beliebigen Mengen
miteinander verbinden lassen, so wie man etwa Spiritus und Wasser in
beliebigen Verhältnissen miteinander mischen kann. Denn wenn schon das
Blei den Sauerstoff anzieht und sich chemisch mit ihm verbindet, so
ist nicht einzusehen, warum diese Verbindung nicht +kontinuierlich+
bis zu einem gewissen Sättigungsgrad erfolgt. Daltons Gedanke, die
Eigenschaft der Teilbarkeit der Stoffe nur bis zur Größe der Atome
gelten zu lassen, erklärt diese Tatsache augenblicklich in einer
verblüffend einfachen Weise: ein kleinstes Bleiteilchen (Blei+atom+)
verhält sich zu einem kleinsten Sauerstoffteilchen (Sauerstoffatom)
dem Gewichte nach wie 1 zu 0,0773. Also besteht der chemische Prozeß
bei der Verbrennung des Bleis einfach darin, daß sich je ein Bleiatom
mit einem Sauerstoffatom verkettet. So erklärt sich sozusagen spielend
das bestimmte Gewichtsverhältnis zwischen Blei und Sauerstoff, denn
das sind eben die Gewichte der Atome. So erklärt es sich auch, warum
es keine Übergangszustände gibt zwischen reinem Blei und reiner
Bleiglätte, so etwa, wie man solche Übergangszustände zwischen reinem
und verdünntem Spiritus kennt.
+Der Laie+: Das scheint mir wirklich überzeugend. -- Woher kommt denn
der sonderbare Name „Atom“ für diese kleinsten Teilchen?
+Der Professor+: Das Wort kommt aus dem Griechischen und bedeutet
„unteilbar“, unzerschneidbar.
+Der Laie+: Wie erklärt aber Daltons Atomtheorie die Tatsache, daß es
außer der Bleiglätte noch zwei andere Sauerstoffverbindungen des Bleies
gibt?
+Der Professor+: Hier gerade zeigt sich die Stärke dieser Lehre: sie
betrachtet die kleinsten Teilchen des Bleisuperoxyds als Verkettungen
von je +einem+ Bleiatom mit +zwei+ Sauerstoffatomen, wie folgende
Zeichnung andeutet:
[Illustration: Abb. 7. Ein Molekül Bleisuperoxyd, wie es nach Daltons
Vorstellung aussieht.]
und die Mennige als eine Verkettung von +drei+ Bleiatomen mit +vier+
Sauerstoffatomen:
[Illustration: Abb. 8. Ein Molekül Mennige enthält dagegen ein
vierarmiges und zwei zweiarmige Bleiatome.]