VII. Abschnitt.

Die Leuchtmaterialien und die Beleuchtungsapparate.

Allgemeines über Beleuchtungswesen.

[Sidenote: Allgemeines über Beleuchtung.]

Von der grossen Anzahl von Körpern, welche bei höherer Temperatur, sei es

in Folge von Verbrennung, sei es einfach durch Erglühen, dauernd Licht

entwickeln, sind es nur wenige, die geeignet sind, als

=Leuchtmaterialien= angewendet zu werden. Nur eine kleine Anzahl erfüllt

die Bedingungen, unter denen eine Verwendung als Beleuchtungsmittel

möglich oder vortheilhaft ist; diese Bedingungen sind:

1) dass der Körper beim Verbrennen Wärme in hinreichender Menge

entwickle, um fortbrennen zu können; 2) dass, wenn der fragliche Körper

ein starrer ist, er vor der Verbrennung Gas- oder Dampfgestalt annehme,

da sonst die zu Beleuchtungszwecken unerlässliche Lichterscheinung, die

wir Flamme nennen, nicht stattfindet; 3) dass der verbrennende Körper

in der Flamme feste Körper oder Dämpfe von grosser Dichte (nach

=Frankland=) ausscheide, da nur hierdurch das Leuchtvermögen der Flamme

bedingt ist; 4) dass derselbe selbst oder das Rohmaterial, welches zu

dessen Herstellung dient, in der Natur in grösserer Menge

aufgespeichert und mit geringen Kosten zu beschaffen sei; 5) dass die

Produkte der Verbrennung gasförmig und ohne schädlichen Einfluss auf

die Gesundheit und das Leben der Geschöpfe seien. Es ist als allgemein

bekannt vorauszusetzen, dass eine jede Anhäufung von grösseren Mengen

von Wärme einem Körper die Eigenschaft ertheilt, Licht auszustrahlen;

bei den festen und flüssigen Körpern, deren Moleküle dichter aneinander

gelagert sind, bemerkt man daher im höheren Grade das Vermögen, beim

Erhitzen Licht auszustrahlen, als bei den gas- und dampfförmigen

Körpern. Bei etwa 500 bis 600° zeigt ein fester Körper die Eigenschaft

des Rothglühens, bei ungefähr 1000° die des Weissglühens, ein

gasförmiger Körper, bis auf die genannten Temperaturen erhitzt,

leuchtet dagegen nur äusserst schwach. Damit ein gasförmiger Körper,

und nur ein solcher kann, wie oben erwähnt, zu Beleuchtungszwecken

Anwendung finden, leuchte, ist es nöthig, dass bei seiner Verbrennung

entweder Dämpfe höherer Kohlenwasserstoffverbindungen (z. B. Dämpfe von

Benzol, Acetylen, Naphtalin etc.) vorhanden seien, welche glühen und

die Lichtentwickelung bewirken, oder ein starrer Körper in die an sich

nicht mit Leuchtkraft begabte Flamme hineingebracht werde und darin ins

Glühen gelange, so z. B. eine Spirale von Platindraht in einer

Wasserstoffgasflamme, ein Stück Aetzkalk in dem Knallgasgebläse, ein

Cylinder aus Magnesia oder Zirkonerde in einer Wasserstoff- oder

Leuchtgasflamme, die durch Sauerstoffgas angefacht wird, zu Magnesia

verbrennender Magnesiumdraht (Magnesiumlicht) u. s. w. Wenn wir von den

letztgenannten Arten der Beleuchtung (dem Platingas, dem Kalk-,

Magnesia- und Zirkonlicht und endlich dem Magnesiumlicht), welchen

vielleicht eine grosse Zukunft bevorsteht, und von der Beleuchtung auf

elektrischem Wege vorläufig absehen, und nur diejenige Leuchtart, bei

welcher die Lichtausstrahlung der Flamme eine Folge ist von in der

Flamme vorhandenen dichten Kohlenwasserstoffdämpfen, ins Auge fassen,

so folgt _a priori_, dass alle Körper, die als Leuchtmaterialien

Anwendung finden sollen, Verbindungen des Kohlenstoffs mit dem

Wasserstoff enthalten müssen. Und diese Kohlenwasserstoffe finden sich

auch in der That in allen Substanzen, die entweder als

Beleuchtungsstoffe selbst oder zu deren Fabrikation Benutzung finden,

so in dem Talg, dem Palmöl und der daraus dargestellten Stearin- und

Palmitinsäure, dem Wachs, dem Wallrath, dem Paraffin, dem Rüböl, dem

Solaröl, dem Photogen und dem Petroleum, dem Camphin, ferner in der

Steinkohle, den bituminösen Schiefern wie der Bogheadkohle, dem Holz,

den Fetten und den Harzen.

[Sidenote: Flamme.]

Jeder flüssige und feste Körper, der sich bei einer Temperatur

verflüchtigt oder unter Zersetzung vergast, welche geringer als die zur

Verbrennung erforderliche ist, kann begreiflicherweise nur als Gas

brennen. Die dabei wahrzunehmende Lichterscheinung nennt man die

=Flamme=. Dieselbe erlangt ihre bekannte Form durch den Druck der sie

umgebenden Luft, indem letztere als gasförmiger und durch die Wärme

leichter gewordener Körper verdrängt und zum Aufsteigen veranlasst wird.

Das Leuchtmaterial wird, wenn es aus geschmolzener Paraffin- oder

Stearinsäure oder aus Oel (Rüböl oder Petroleum) besteht, in den feinen

Zwischenräumen des Dochtes wie von Capillarröhren in die Höhe gezogen und

in der Nähe der Flamme in gasige und dampfförmige Produkte zersetzt,

deren Natur im Wesentlichen mit der des gereinigten Leuchtgases

übereinstimmt.

Die ersten und wichtigsten Aufklärungen über die Natur der Flamme und

das Leuchten derselben, namentlich über die Ursache ihrer ungleichen

Lichtstärke verdanken wir =H. Davy=. In neuerer Zeit haben wieder

mehrere Chemiker ihre Aufmerksamkeit dem Studium der Flamme zugewendet,

und die Arbeiten von =Hilgard=, =H. Landolt=, =Pitschke=, =Blochmann=,

=Kersten= und besonders die von =H. Deville=, =Volger=, =Lunge=,

=Frankland= u. A. haben unsere Kenntnisse hinsichtlich der Natur des

Leuchtens der Flamme nicht unwesentlich erweitert. Die genaue

Betrachtung einer Flamme lässt darin drei Theile unterscheiden, nämlich

1) einen äusseren, leuchtenden Mantel, den sogenannten Schleier, 2)

einen mittleren, glühenden Kern und 3) einen innersten und untersten

Theil, in welchem letzteren die Vorwärmung der zur Verbrennung

gelangenden gasigen Körper erfolgt. Die gewöhnliche Annahme über die

Natur des Leuchtens der Flamme ging bis auf die neueste Zeit dahin,

dass aus den Kohlenwasserstoffen, welche die Flamme bilden, durch die

hohe Temperatur und durch den von aussen eindringenden atmosphärischen

Sauerstoff, welcher sich vorzugsweise mit dem Wasserstoff verbinde, der

Kohlenstoff abgeschieden werde und durch sein Erglühen in der

Wasserstoffflamme dieselbe leuchtend mache. Durch die oben erwähnten

Arbeiten, namentlich die von =Hilgard=, welcher mit einer Kerzenflamme

operirte und von =Landolt= und =H. Deville=, welche die Natur des

Leuchtens der Gasflamme zum Gegenstand des Studiums machten, erfahren

wir, wie schnell die atmosphärische Luft mit den Verbrennungsprodukten

durch die Flamme diffundirt und wie im Innern derselben die brennbaren

Gase abnehmen, die Verbrennungsprodukte aber zunehmen. Alle diese

Untersuchungen sind jedoch noch nicht zur Erklärung vieler der

gewöhnlichsten Erscheinungen bei leuchtenden Flammen hinreichend. Man

ist z. B. noch keineswegs im Klaren über den Zusammenhang zwischen der

chemischen Zusammensetzung eines Leuchtstoffes und seinem Leuchtwerthe,

sodass die Gasanalysen, welche zum Zwecke der Werthbestimmung des

Leuchtgases gegenwärtig häufig ausgeführt werden, immer noch wenig

Aufklärung in dieser Hinsicht geben. Das, was man über die Natur der

Flamme weiss, ist eine Folge der Untersuchung =O. Kersten='s, welche

die zuerst von =O. L. Erdmann= (in Leipzig) ausgesprochene Ansicht

bestätigte, dass bei der Verbrennung des Leuchtgases der Sauerstoff

zunächst und vorzugsweise an den freien, in der Flamme suspendirten und

die Leuchtkraft bedingenden Kohlenstoff tritt und nicht zunächst an den

Wasserstoff. =O. Kersten= neigt sich über die Natur der leuchtenden

Flamme folgender Ansicht zu: Die Verbrennung findet nicht im Innern,

sondern nur in dem Schleier und in dem Theile des leuchtenden Mantels,

der ihnen zunächst liegt, statt, denn es kann nicht angenommen werden,

dass durch eine Schicht glühenden Wasserstoffs und Kohlenstoffs eine

Spur Sauerstoff eindringen könne; die im Innern wahrgenommenen

Verbrennungsprodukte sind nicht dort entstanden, sondern nur durch

Diffusion dahin gelangt. Die Gesammthitze der Flamme rührt mithin vom

Schleier der Verbrennungszone her. Die Temperatur des Innern der Flamme

und des Mantels nimmt natürlich nach oben stark zu, und daher ist der

leuchtende Theil, in welchem der Kohlenstoff durch die Hitze

ausgeschieden wird, unten eine dünne Hülle des dunklen Kegels, weiter

oben aber, wo die Temperatur, bei welcher die Kohlenwasserstoffgase in

ihre Bestandtheile sich spalten, sich bis in die Mitte erstreckt,

erfüllt er das gesammte Innere, weshalb man hier eine massive

leuchtende Flamme hat. Indem dann der freie Kohlenstoff dem

sauerstoffreichen Schleier sich nähert, verbrennt er zu Kohlensäure,

und hauptsächlich während dieser Verbrennung leuchtet er, und zwar um

so mehr, je lebhafter sie ist. In dem Schleier verbrennt mithin zuerst

Kohlenoxyd und Wasserstoff zugleich; dass dieser Schleier am untern

Theile noch keinen leuchtenden Mantel bildet, erklärt sich daraus, dass

die Masse der inneren Gase noch zu kalt ist, als dass eine Abscheidung

von Kohlenwasserstoffen möglich wäre. Das Nichtleuchten einer Flamme,

selbst der von reinem ölbildenden Gase, in Folge zu geringer Ausdehnung

der hohen Schleiertemperatur lässt sich wahrnehmen, wenn man eine

Gasflamme möglichst klein macht; in diesem Falle findet Verbrennung im

Ganzen statt, ehe eine Zersetzung vor sich gehen konnte, wie im unteren

blauen Theile einer leuchtenden Flamme. Das Leuchten beruht demnach auf

der Zusammensetzung des Gases vor der Verbrennung und keineswegs auf

einer Späterverbrennung des Kohlenstoffs. Die Gestalt der Flamme und

ihrer Theile und alle ihre Eigenthümlichkeiten erklären sich somit

ungezwungen. Bei der =Gasflamme= hat man seither angenommen, dass es

die in derselben momentan ausgeschiedenen glühenden Kohlenpartikeln

seien, welche das Licht geben; es dürften aber hier nach

=Frankland='s Untersuchungen (1867) die dichten Dämpfe der höheren

Kohlenwasserstoffverbindungen sein und nicht der feste Kohlenstoff. Wir

haben im Gase Verbindungen von sehr hoher Dichtigkeit, die als Dämpfe

ebenso wie z. B. der Arsendampf im Stande sind, die Flamme leuchtend zu

machen; es gehören dahin die Dämpfe des Benzols, Naphtalins und sicher

vieler anderer Bestandtheile, die wir auch im Gastheer finden; diese

Dämpfe halten sich in der Flamme unzersetzt, bis sie den äusseren

Mantel derselben erreichen und dann in Berührung mit dem Sauerstoffe

der atmosphärischen Luft verbrennen. Man pflegt als Beweis für die

bisherige Ansicht, dass es der glühende feste Kohlenstoff sei, der in

der Flamme leuchte, gewöhnlich den Umstand anzuführen, dass sich der

Kohlenstoff auf einem Stücke Porcellan, welches man in die Flamme

bringt, auffangen lässt. Es ist aber nicht nachgewiesen, dass das

reiner Kohlenstoff ist. Im Gegentheil, wenn man den Niederschlag

untersucht, so findet man, dass er immer Wasserstoff enthält, und der

Chemiker weiss recht gut, dass, wenn er reinen Kohlenstoff haben will,

er den Russ noch lange glühen muss, um den Wasserstoff zu entfernen.

Ja, er wendet sogar Chlor zu diesem Zwecke an, indem er Chlorgas über

die Masse leitet, während sie in einer Röhre sich im weissglühenden

Zustande befindet. Der Russ ist wahrscheinlich weiter nichts als ein

Conglomerat der dichtesten lichtgebenden Kohlenwasserstoffverbindungen,

deren Dämpfe sich an der kalten Fläche des eingebrachten

Porcellankörpers condensiren. Wie könnte auch eine Flamme so

durchsichtig sein, als sie wirklich ist, wenn sie mit festen

Kohlenstoffpartikeln angefüllt wäre? Oder wie könnte es für die

photometrische Lichtmessung gleichgültig sein, ob man eine Flamme auf

die flache oder auf die schmale Seite einstellt, wenn es die festen

Kohlenpartikeln wären, welche das Licht geben? Es mag sein, dass in

geringem Grade auch eine Zersetzung der Kohlenwasserstoffe und eine

Ausscheidung festen Kohlenstoffes stattfindet; in der Hauptsache aber

sind es die sehr dichten brennenden Kohlenwasserstoffdämpfe selbst,

welchen die Gasflamme ihre Leuchtkraft verdankt. Dass die Temperatur

der Flamme auf die Leuchtkraft derselben zugleich einen gewissen

Einfluss übt, versteht sich von selbst. Auch nach den Untersuchungen

von =H. Deville= (1869) hängt der Grad der Leuchtkraft einer Flamme mit

der Dichtigkeit der Dämpfe darin, innig zusammen. Die Dissociation

scheint auf das Verhalten der Flamme nicht ohne Einfluss zu sein.

Unter den gewöhnlich stattfindenden Verhältnissen gehört es zur

Zusammensetzung eines Leuchtmaterials, welches bei ruhiger Luft

leuchten, aber nicht russen soll, dass es auf 6 Gewichtstheile

Kohlenstoff 1 Gewichtstheil Wasserstoff enthalte, wie es ungefähr bei

dem ölbildenden Gase, dem Paraffin, dem Wachse und der Stearinsäure der

Fall ist. Terpentinöl schon, welches auf 1 Th. Wasserstoff 7,5 Th.

Kohlenstoff enthält, verbrennt mit russender Flamme, in weit höherem

Grade ist dies bei dem Benzol der Fall, das aus 1 Th. Wasserstoff und

12 Th. Kohlenstoff besteht, oder gar dem Naphtalin, in welchem des

Verhältniss wie 1 : 15 ist. Soll der überschüssige Kohlenstoff, der

sich als Russ (nach =Frankland=, wie oben bemerkt, kein reiner

Kohlenstoff, sondern ein Conglomerat dichter

Kohlenwasserstoffverbindungen) ausscheidet, verbrennen, so kann dies

nur durch vermehrte Luftzufuhr geschehen, wie es z. B. der Fall ist bei

den Lampen durch Aufsetzen eines Glascylinders. Flammen, die keine

Kohle ausscheiden, wie die des Grubengases und des Alkohols, brennen

nur wenig leuchtend. Die Leuchtkraft eines leuchtenden Gases wird

sofort vernichtet, wenn man demselben atmosphärische Luft zumischt, wie

es z. B. in den Gasbrennern zu Heizungszwecken in den chemischen

Laboratorien geschieht, oder wenn man es mit indifferenten Gasen oder

Dämpfen mengt.

Handbuch der chemischen Technologie Achte Auflage · 第 122 / 167 题