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.