R = PV/T

nur die große Mehrzahl der von ihm untersuchten Stoffe folge.

Insbesondere waren dies die Stoffe, welche die von *Raoult* entdeckte,

normale molekulare Gefrierpunktserniedrigung zeigten.

*Van't Hoff* legte sich die Frage vor, ob die *Avogadro*sche Regel sich

auf sämtliche gelösten Stoffe ausdehnen läßt, wenn man der konstanten

R einen Koeffizienten i hinzufügt, und der Formel den folgenden

allgemeinen Ausdruck gibt:

PV = iRT.

Für das normale Verhalten, wie es beispielsweise der Rohrzucker zeigt,

würde dann i den Wert 1 annehmen.

Die Bemühungen *van't Hoffs*, den Faktor i durch die Bestimmung des

osmotischen Druckes, der Dampfspannung oder des Gefrierpunktes zu

ermitteln, waren von Erfolg gekrönt. Es ergab sich im allgemeinen eine

genügende Übereinstimmung zwischen den auf so verschiedenen Wegen

gefundenen Werten von i.

Die eigentliche Bedeutung dieses zuerst als rein empirisch betrachteten

Koeffizienten i erkannte *Arrhenius*[545]. Er war es, der den

sogenannten Aktivitätskoeffizienten i auf Grund elektrischer Messungen

vorausberechnete und die Abweichungen, die *van't Hoff* zur Einführung

von i bewogen hatten, durch seine Theorie von der elektrolytischen

Dissoziation erklärte.

Die Anfänge dieser Theorie gehen auf die von *Grotthuß* begründete und

von *Hittorf*, *Clausius* und *Helmholtz* weiter entwickelte Lehre von

den Wanderungen der Ionen zurück.

Unter den Ionen versteht man nach *Faradays* Bezeichnungsweise

die an den Polen (Kathode und Anode) bei der Elektrolyse sich

abscheidenden Zersetzungsprodukte. Das am negativen Pol (der Kathode)

sich abscheidende Produkt wird seitdem als Kation, das andere als

Anion bezeichnet. Die erste Erklärung der Elektrolyse hatte schon

lange vor *Faraday* *Grotthuß* gegeben. *Grotthuß* erklärte zunächst

die Tatsache, daß die Ionen an zwei weit von einander entfernten

Polen getrennt auftreten, anstatt überall in der sich zersetzenden

Flüssigkeit zu entstehen. Er entwickelte seine Anschauungen in einer

1805 veröffentlichen Arbeit[546]. Ihr Titel lautet: Die Zersetzung des

Wassers und der in ihm gelösten Körper durch galvanische Elektrizität.

Die Theorie von *Grotthuß* beruht auf der Vorstellung, daß jedes

Wassermolekül wie die galvanische Säule Polarität besitzt. Wie ein

Lichtblitz, sagt *Grotthuß*, sei ihm dieser Gedanke gekommen. Der

Vorgang der Elektrolyse, wie *Grotthuß* ihn sich dachte, wird aus der

nebenstehenden Abbildung verständlich. Jedes Wassermolekül besteht

aus einem negativ elektrischen Bestandteil, dem Sauerstoff, und aus

einem positiv elektrischen, dem Wasserstoff. Unter dem Einfluß der

Elektrizität der Pole werden die Wassermoleküle zunächst durch die

ganze, zwischen den Polen befindliche Flüssigkeitsschicht so gerichtet,

daß alle Sauerstoffatome dem positiven und alle Wasserstoffatome dem

negativen Pole zugekehrt sind. Darauf findet in den Molekeln, welche

die Pole unmittelbar berühren, eine Abscheidung derjenigen Atome

statt, die von den Polen infolge des Gegensatzes der Elektrizitäten

angezogen werden. Alle dazwischen befindlichen Molekeln tauschen

ihre Bestandteile aus, ohne ihre Natur zu ändern. Betrachten wir der

Einfachheit halber nur eine zwischen den Polen befindliche Kette von

Wassermolekülen, deren Zahl gering (9) sein möge. Das Sauerstoffatom

a_{1} des ersten Moleküls a_{1} b_{1} wird am positiven Pole

abgeschieden. Darauf verbindet sich der frei gewordene Wasserstoff

b_{1} mit dem Sauerstoff a_{2} des benachbarten Moleküls, und dieser

Austausch vollzieht sich durch die ganze Kette, wie es die Klammern

andeuten. Aus dem letzten, den negativen Pol berührenden Wassermolekül

scheidet sich somit der positive Bestandteil b_{9} ab, während sich

der negative a_{9} mit dem positiven des benachbarten Moleküls

b_{8} verbindet. Es stammen also die beiden Ionen, die gleichzeitig

frei werden, nicht aus derselben Wassermolekel, sondern aus zwei

verschiedenen, die sich gerade in Berührung mit den Elektroden befinden.

[Illustration: Abb. 55. Die Elektrolyse des Wassers nach *Grotthuß*.]

Der erste wesentliche Fortschritt über die von *Grotthuß* geschaffene

Theorie hinaus erfolgte erst ein halbes Jahrhundert später durch

*Hittorf*[547]. Zwar war die *Grotthuß* noch beherrschende

Vorstellung, daß lediglich die Metalle, zwischen denen sich der

Elektrolyt befindet, der Sitz der elektromotorischen Kräfte seien,

der *Faraday*schen Vorstellung gewichen. Nach ihm sind die Pole oder

Elektroden nur die Türen, durch welche die Elektrizität zu der einer

Zersetzung unterliegenden Substanz ein- bzw. austritt. Die chemische

Zersetzung wird nach dieser Vorstellung nicht durch die Anziehung

der Pole, sondern durch die Wirkung des Stromes auf den Elektrolyten

veranlaßt. Dementsprechend sind die in der Nähe der Pole befindlichen

Molekeln nicht etwa einer mit dem Abstande vom Pole abnehmenden Kraft

unterworfen, sondern die auf jede zwischen den Polen oder Elektroden

befindliche Molekel wirkenden Kräfte sind überall gleich groß. Im

übrigen blieb die von *Grotthuß* herrührende, durch Abb. 56 noch einmal

zur Darstellung gebrachte Vorstellung bestehen. *Hittorf* entfernte

zunächst eine Schwierigkeit, welcher dieser Vorstellung anhaftet.

Stellt b die Anordnung der Teilchen dar, nachdem die Abscheidung eines

Atoms des Kations und eines Atoms des Anions stattgefunden hat, so

müssen sämtliche Molekel erst wieder um den gleichen Betrag von 180°

gedreht werden, damit sie zu den Polen wieder in dieselbe Lage kommen.

Die Reihe b muß also zunächst in die Reihe c übergehen, wenn die zweite

Zerlegung stattfinden soll.

[Illustration: Abb. 56. Elektrolyse des Wassers nach *Grotthuß*.]

*Hittorf* vermeidet diese Schwierigkeit, indem er[548] auf den Vorgang

das in Abb. 57 dargestellte Bild anwendet. Die Ionen befinden sich

danach übereinander, und die Elektrolyse besteht darin, daß sich die

beiden Reihen aneinander vorbeischieben.

Unvereinbar mit der Theorie von *Grotthuß* war die schon um 1840

gemachte Beobachtung, daß sich die Konzentration einer Salzlösung bei

ihrer Elektrolyse nicht gleichmäßig durch die ganze Masse ändert.

Zersetzt man z. B. Kupfervitriol, so tritt die Entfärbung am stärksten

in der Nähe der Kathode auf. *Hittorf* befaßte sich mit einer

sorgfältigen, messenden Untersuchung solcher Konzentrationsänderungen.

Er erklärte sie durch die Annahme, daß die Ionen mit ungleicher

Geschwindigkeit wandern. Da dieses Wandern schon durch die schwächsten

Ströme veranlaßt wird, so nahm *Hittorf* im Widerspruch mit den damals

herrschenden Vorstellungen an, daß die »Ionen eines Elektrolyten nicht

in fester Weise zu Gesamtmolekülen verbunden sind«[549].

[Illustration: Abb. 57. Elektrolyse des Wassers nach *Hittorf*.]

Dagegen hatten die ersten elektrochemischen Theorien, z. B. die während

des größten Teils des 19. Jahrhunderts geltende Theorie von *Grotthuß*,

sich den Vorgang der Elektrolyse so vorgestellt, daß die Moleküle der

Elektrolyten unter der Einwirkung der Elektrizität gespalten würden.

Demgegenüber wies auch *Clausius* darauf hin (1857), daß schon der

schwächste Strom imstande ist, eine Zerlegung des Elektrolyten zu

bewirken, während doch zu einer Überwindung der chemischen Affinität

die Stromstärke wahrscheinlich erst auf eine gewisse Größe angewachsen

sein müßte. *Clausius* nahm daher an, daß die Moleküle des Elektrolyten

stets in so lebhafter Bewegung seien, daß fortwährend Zerfall und

Rückbildung stattfinde. Im Einklang damit stand die Tatsache, daß

das Leitungsvermögen der Elektrolyte mit der Temperatur beträchtlich

zunimmt. Zu der Vorstellung von *Clausius* neigte auch *Helmholtz*.

Nach ihm sind die Zerfallsprodukte der Moleküle, die Ionen, mit

bestimmten elektrischen Ladungen versehen, die ihnen ganz andere

Eigenschaften verleihen, als sie dieselbe Substanz im unelektrischen

Zustande besitzt.

Diese Erkenntnis ist auch das Wesentliche der von *Arrhenius*

entwickelten Anschauung. Durch seine Untersuchungen über die

galvanische Leitfähigkeit der Elektrolyte stellte er fest, daß ein

elektrolytisch leitender Stoff aus einem die Elektrizität leitenden

Teil besteht, der einen gewissen Bruchteil der Gesamtmenge des

Elektrolyten ausmacht, während der Rest, den *Arrhenius* zunächst als

den inaktiven Teil bezeichnete, die Elektrizität nicht leitet. Der

leitende aktive Teil des Elektrolyten ist nach *Arrhenius* darauf

zurückzuführen, daß, ähnlich wie bei der Dissoziation der Gase, beim

Auflösen gewisser chemischer Verbindungen (vor allem der Salze, Säuren

und Basen) ein teilweiser Zerfall der Molekel, eine elektrolytische

Dissoziation, eintritt. Durch diese Annahme wurde nun auch das

abweichende osmotische Verhalten erklärlich, das *van't Hoff* zur

Einführung des Faktors i in die für den gelösten Zustand geltende

Gleichung

Die Naturwissenschaften in ihrer Entwicklung und in ihrem Zusammenhange, IV. Band Das Emporblühen der modernen Naturwissenschaften seit der Entdeckung des Energieprinzips · 第 59 / 171 题