Anorganische Chemie 9783111586670, 9783111213187

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SAMMLUNG

GÖSCHEN

BAND

37

ANORGANISCHE CHEMIE Von

DR.

WILHELM

KLEMM

o. Professor a n d e r Universität M ü n s t e r

Siebente Auflage Mit 18 Abbildungen

W a l t e r

de

G r u y t e r

&

Co.

vormals G . J. Göschen*sche V e r l a g s h a n d l u n g • J. G u t t e n t a g , Verlagsb u c h h a n d l u n g • Georg R e i m e r • Karl J. T r ü b n e r • Veit & Comp.

Berlin

1952

Alte R ä c h t e , I n s b e s o n d e r e d a s ü b e r s e t z u n g s r e eh I, von der V e r l a g s h a n d l u n g v o r b e h a l t e n .

A r c h i v - Nr. 1 1 0 0 3 7 Satz von W a l t e r d e Gruyter & Co., Berlin W 35 Druck von Thormann & Goetsch, Berlin S W 61, Blücheratraße 22

Inhalt.

Seite Einleitung 6 Qualitatives über die Zusammensetzung des Wassels 10 Oasgesetze 16 Quantitatives über die Zusammensetzung des Wassers lg Wasserstoff und Sauerstoff 25 Ozon und Wasseretoffperoxyd 29 Die Zusammensetzung der Luft 80 Aggregatzustände; die Verflüssigung von Gasen 34 Atom- und Molekulargewicht. Anhang: Das absolute Gewicht der Atome 38 X . Wertigkeit 43 X I . Wfirmetönung und Affinität 46 X I I . Chlor und Chlorwasserstoff 48 X I I I . Säuren, Basen. Salze. Vorbemerkung: Zusammenstellung der Elementsymbole 50 X I V . Theorie der elektrolytischen Dissoziation 64 XV. Die Ionen-Bindung 61 X V I . Sauerstoffverbindungen des Chlors 66 X V I I . Brom. Jod und Fluor; Übersicht über die Halogene 70 X V I I I . Schwefel 74 X I X . Selen und Tellur; übersieht über die Chalkogene 83 X X . Abhängigkeit der Gleichgewichte von äußeren Bedingungen... 84 X X I . Das Perioden-System der Elemente 93 X X I I . Stickstoffgruppe 96 X X I I I . Kohlenstoff 107 X X I V . Silicium und Bor. Anhang: Kolloide Lösungen 118 X X V . Der Aufbau der Atome; Bindungsarten 122 X X V I . Alkalimetalle 129 X X V I I . Erdalkali- und Erdmetalle 137 XXVIII. Elemente der Gruppen I b bis IVb 146 X X I X . Elektrochemie 153 X X X . Die Übergangselemente 158 X X X I . Tensions- und thermische Analyse 162 X X X I I . Technisches Eisen 171 Autoren-Register 177 Sachregister 177 I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX.

1*

Lehrbücher der Anorganischen Chemie. Als Lehrbücher seien genannt: H . Remy, Lehrbuch der Anorg. Chemie. 5. Aufl. Leipzig 1949/50 (2 Bände)U. H o f m a n n u. W. Rüdorff, Anorg. Chemie. 14. Aufl. Braunschweig 1951. W. Ostwald, Grundlinien der Anorg. Chemie. 5. Aufl. Dresden 1922. Werke geringeren TJmfangs: H. Remy, Grundriß der anorganischen Chemie, 2. Aufl. Leipzig 1947. W. Hückel, Anorganische Chemie. 4. Aufl. Leipzig 1950 A. F. Holleman-E. Wiberg, Lehrbuch d. Anorg. Chemie. 26-/27. Aufl. Berlin ] 951. A. Smith-J. D'Ans, Einf. i. d. allgem. u. anorg. Chemie. 12. Aufl. Karlsruhe 1948. I. Bernsen - H. Reihlen, Einleitung in das Studium der Chemie. 15. Aufl. Dresden und Leipzig 1950. N. Bjerrum-L. Ebert, Kurzes Lehrbuch d. Anorg. Chemie. Berlin 1933. G. Jander u. H. Spandau, Kurzes Lehrbuch der anorganischen Chemie. 4. Aufl. Berlin 1949. G. Schwarzenbach, Allgemeine und Anorganische Chemie 4. Aufl. Stuttgart 1951. R. Klement, Allgemeine und Anorganische Chemie, Stuttgart 1949. J . Meyer, Einführung in die Chemie f ü r Studierende technischer Berufe. 4. Aufl. S t u t t g a r t 1948. W. A. Both, Grundzüge der Chemie f. Ingenieure. 2. Aufl. Braunschwcig 1928. Aus der Sammlung Göschen seien angeführt: Nr. 211 u. 212. A. Benrath, Die Nichtmetalle u. ihre Verbindungen. 1922. Nr. 981. L. Dede, Komplexchemie. 1928. Nr. 1057. W. A. Roth, Thermochemie. 2. Aufl. 1947.

I. Einleitung Die chemische Wissenschaft beschäftigt sich mit dem stoff liehen Aufbau der Umwelt. Es gilt, die hier auftretende Mannigfaltigkeit zu ordnen, die Vielheit der Erscheinungen auf einfache Begriffe zurückzuführen und so dem Verständnis näher zu bringen. Ferner gestattet die Beherrschung der hier geltenden Naturgesetze, Stoffe, die für den Menschen nützlich sind, aus anderen herzustellen. Zur Lösung der Aufgaben der Chemie müssen vielfach auch physikalische Methoden herangezogen werden; die gegenseitige Durchdringung von Chemie und Physik ist im Laufe der Zeit eine so innige geworden, daß sich eine scharfe Abgrenzung zwischen beiden kaum noch geben läßt. Zur Lösung ihrer Aufgaben besitzt die Chemie zwei HauptUntersuchungsmethoden: Einmal die Zerlegung der oft sehr verwickelt aufgebauten StoSe in einfachere, die A n a l y s e ; zum anderen den Wiederaufbau dieser Stoffe aus den so gewonnenen einfacheren Bruchstücken, die S y n t h e s e . Es ist keineswegs gesagt, daß man bei derartigen Synthesen nur zu solchen Substanzen kommen kann, die in der Natur bereits vorhanden sind; es lassen sich vielmehr auch außerordentlich viele neue Stoffe herstellen, die in der Natur noch nicht aufgefunden wurden und zum Teil für den Menschen von größtem Nutzen sind (viele Legierungen, Düngemittel, keramische Stoffe, Farbstoffe, Heilmittel, Sprengstoffe usw.). Die „ c h e m i s c h e I n d u s t r i e " ist gerade in Deutschland, dank der gründlichen wissenschaftlichen Ausbildung der deutschen Chemiker, hoch entwickelt.

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I. Einleitung.

Bei einer ganz oberflächlichen Sichtung der auf der Erde vorhandenen Stoffe lassen sich sofort zwei Gruppen unterscheiden: Bestandteile der belebten Natur (Tiere und Pflanzen) auf der einen, der unbelebten, des Mineralreiches, auf der anderen Seite. Dementsprechendteiltmaneininorganische und anorganische Chemie. Diese zunächst nicht sehr tief begründet erscheinende Einteilung hat sich '-durchaus bewährt; den inneren Grund hierfür werden wir später (vgl. Kap. X X I I I ) besprechen. Homogene und heterogene Systeme. Weiter fällt sofort auf, daß viele Stoffe durch ihre ganze Masse aus einheitlichem Material aufgebaut sind. Man kann bei ihnen weder mit dem Auge noch mit dem Mikroskop äußere Verschiedenheiten erkennen. Solche Stoffe nennt man gleichteilig oder homogen. Beispiele hierfür sind Wasser, Glas, Messing usw. Im Gegensatz zu den homogenen Körpern stehen die inhomogenen oder h e t e r o g e n e n , die ungleichmäßig aufgebaut sind und auf mechanischem Wege getrennt werden können. So ist mit Sand versetztes Wasser ein heterogenes System; wir können hier die Bestandteile durch Abgießen der Flüssigkeit leicht trennen. Andere Beispiele für heterogene StoSe sind Granit oder mit Eisstückchen versetztes Wasser. Das letzte Beispiel zeigt, daß der Begriff heterogen nicht notwendig besagt, daß s t o f f l i c h Verschiedenes vorliegen muß; denn die Bestandteile sind ja hier flüssiges und festes Wasser. Ebenso falsch wäre es aber auch, anzunehmen, daß ein homogener Körper stofflich immer nur aus einem Bestandteil bestände. Z. B. ist Zuckerwasser homogen, obwohl es aus mehreren Stoffen (Zucker und Wasser) hergestellt ist. Trennung von heterogenen Gemischen. Liegt ein heterogenes System vor, so ist ein erster Schritt zur Zerlegung meist leicht. So kann man Systeme aus einer Flüssigkeit und einem festen Stoff durch Abgießen ( D e k a n t i e r e n )

I. Einleitung.

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oder meist besser durch Filtrieren trennen. Schwieriger ist die Trennung von Gemischen f e s t e r Stoffe, z. B. das „Aufbereiten" von Erzen. Eine Trennung durch Auslesen ist meist praktisch nicht durchführbar; infolgedessen verwendet man in der Regel andere Methoden. Z.B. kann man Unterschiede des s p e z i f i s c h e n Gew i c h t e s ausnutzen (Schlämmen, Trennung von Spreu und Weizen durch den Wind, Zentrifugieren usw.). Ferner kann man die verschiedene B e n e t z b a r k e i t heranziehen. Als ein technisch in der Neuzeit wichtig gewordenes Verfahren sei hier das S c h a u m s c h w i m m Verfahren („Schwimm-Aufbereitung", „Flotation") genannt, bei dem sich die schlecht benetzbaren Bestandteile eines zerkleinerten Erzgemisches im künstlich erzeugten Schaum ansammeln, während die gut benetzbaren am Boden zurückbleiben. Besonders wichtig sind Unterschiede der L ö s 1 i chk eit. Will man z. B. mit Gestein verunreinigtes Salz von diesem trennen, so kann man es mit Wasser herauslösen. Diese Methode wird in sehr großem Umfange angewendet.

Trennung homogener Gemische; der Begriff des reinen Stoffes. Mit solchen grob-mechanischen Trennungen ist meist noch nicht viel gewonnen. Der nächste Schritt ist der, zu einem „reinen S t o f f " zu gelangen. Was man darunter versteht, sei am Beispiel des Wassers beschrieben. Daß dieses je nach seiner Herkunft verschieden ist, ist allgemein bekannt. So unterscheidet man ja Begen-, Leitungs-, Meerwasser, ferner hartes und weiches Wasser usw. Die Unterschiede sind darin begründet, daß die verschiedenen Wasserarten verschiedene Mengen und verschiedene Arten fremder Stoffe gelöst enthalten, also vom Standpunkte des Chemikers aus 1 ) in verschiedener Weise verunreinigt sind. Man erkennt das Vorliegen eines chemisch unreinen Stoffes unter anderem beim E r s t a r r e n und Sieden. Bei einem reinen Stoff erfolgt das Erstarren der gesamten Flüssigkeit bei genau der gleichen Temperatur. Beim Leitungswasser ist dies jedoch nicht der Fall; messen wir mit einem genügend *) Der Begriff „chemisch rein" hat beim Wasser nichts mit der üblichen Bezeichnung „reines Wasser" zu tun. Ein gutes Trinkwasser muß Immer gewisse Stoffe gelöst enthalten. Ganz reines Wasser ist zum Trinken ungeeignet.

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I. Einleitung.

empfindlichen Thermometer unter Beachtung aller Vorsichtsmaßregeln, so stellen wir fest, daß das Erstarren etwas unter 0° Cels. beginnt und daß beim Fortschreiten des Festwerdens die Temperatur dauernd etwas absinkt. (Näheres vgl. Kapitel XXXI.) Ähnlich ist es beim Verdampfen; das Sieden beginnt bei 760 mm Quecksilberdruck ganz dicht über 100°, und die Siedetemperatur steigt während des Verdampfens dauernd etwas an. Es ist beim Wasser leicht, zu einem für die meisten Zwecke hinreichend reinen Präparat zu kommen; man braucht das Wasser nur zu d e s t i l l i e r e n 1 ) , d. h. es zu verdampfen und das Verdampfte wieder zu verdichten (kondensieren); es bleiben dann die gelösten Fremdstoffe zurück, und man erhält im Kondensat ein Thermometer praktisch reines „destilliertes" Wasser. Solche Destillationen pflegt man in einer der Abb. 1 entsprechenden Anordnung durchzuführen. Besonders hingewiesen sei auf den Kühler nach Liebig 2 ). Das wesentliche hierbei ist die Verwendung des bei wissenschaftAbb. 1. Destillation. lichen und technischen Apparaturen immer wieder benutzten „ G e g e n s t r o m p r i n z i p s " . Das Kühlwasser wird so geleitet, daß es beim Eintritt in die Apparatur zur endgültigen Kühlung der vorher schon weitgehend abgekühlten Teile des Destillates dient. Während des Durchströmens durch den Kühler erwärmt sich dann zwar das Kühlwasser etwas, das ist aber unwesentlich, denn zur Kondensation des ersten heißen Dampfes genügt auch etwas wärmeres Wasser. 1 ) Bei der D e s t i l l a t i o n handelt es sich also um den Übergang: flüssiggasförmig-flüssig. Den entsprechenden Übergang: fest-gasförmig-fest bezeichnet man als S u b l i m a t i o n . •) J u s t u s Ton L i e b i g lebte 1803—1873. Er ist u. a. der Schöpfer der künstlichen Düngung und führte den praktischen Laboratoriumsunterricht filr die Chemie-Studierenden ein.

I. Einleitung.

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Das durch genügend vorsichtige Destillation erhaltene Wasser zeigt die Eigenschaften eines r e i n e n S t o f f e s : der Erstarrungspunkt ist konstant, d. h. unabhängig davon, wieviel bereits erstarrt ist; er beträgt 0,000° Cels. Auch die Siedetemperatur ist unabhängig von der verdampften Menge, sie beträgt bei 760 mm Quecksilberdruck 100,000® Cels.1). Daß wirklich reines Wasser vorliegt, zeigt sich unter anderem darin, daß beliebig oft wiederholtes Destillieren immer wieder zu einem Kondensat mit völlig gleichen Eigenschaften führt, auch wenn man die empfindlichsten Untersuchungsmethoden anwendet. Dabei ist es gleichgültig, ob man von See-, Leitungs- oder Regenwasser ausgeht. Das ist allerdings nur so lange richtig, als man nicht extreme Ansprüche an die Reinheit, stellt. Einmal ist es gar nicht so einfach, ein Wasser herzustellen, das gar keifte Gase gelöst enthält. Ferner ist es kaum möglich, ein Gefäßmaterial zu finden, das sich nicht wenigstens in minimalen Spuren in Wasser löst. Eine besondere Komplikation ist durch die kürzlich erfolgte Entdeckung des sogenannten „schweren Wassers" entstanden; vgl. dazu Kapitel XXV.

Reines Wasser kann man auch dadurch gewinnen, daß man gewöhnliches Leitungswasser teilweise erstarren ( k r i s t a l l i s i e r e n ) läßt und dann Eis und nicht erstarrte Flüssigkeit trennt. Das durch Schmelzen dieses Eises hergestellte Wasser zeigt auch bei empfindlichen Prüfungen keinen Unterschied gegenüber dem durch Destillation gereinigten. Zur Prüfung, ob wirklich ein reiner Stoff vorliegt, muß man in jedem einzelnen Falle verschiedene Reinigungsmethoden anwenden; erst wenn alle Methoden zu dem gleichen Endprodukt führen, kann man sicher sein, daß ein reiner Stoff vorliegt. Meist geht man bei der K r i s t a l l i s a t i o n im Gegensatz zu dem eben genannten Beispiel so vor, daß man ein L ö s u n g s m i t t e l b e *) Schmelz- und Siedepunkt des reinen Wassers dienen bekanntlich als Grundlage der Celsius-Skala. Die Anzahl der Nullen gibt an, wie genau diese Fixpunkte reproduzierbar sind.

10 II. Qualitatives Ober die Zusammensetzung dies Waaserg. nutzt. So löst sich z. B. Kalisalpeter in heifiem Wasser viel besser als in kaltem. Sättigt man also heißes Wasser mit Kalisalpeter, so scheidet sich dieser zum größten Teile beim Abkühlen in fester Form wieder aus; nur wenig bleibt in der kalten Lösung, der sogenannten „Mutterlauge". Der so umkristallisierte Stoff enthält in der Regel weniger Verunreinigungen als vorher.

II. Qualitatives über die Zusammensetzung des Wassers. Zerlegung durch elektrische Energie (Elektrolyse). Wenn so ein reiner Stoff, hier also reines Wasser, gewonnen ist, fragen wir, ob er sich in stofflich einfachere Bestandteile zerlegen läßt. Es ist ohne weiteres klar, daß eine solche Zerlegung in der Eegel eine E n e r g i e - Z u f u h r erfordert; denn wären diese Bestandteile nicht durch starke Kräfte verbunden, die erst überwunden werden müssen, so würde ja von selbst Zerfall eintreten 1 ). In besonders durchsichtiger Form kann diese Energie0 zufuhr auf e l e k t r i s c h e m Wege erfolgen. ¡4 Ai Legt man bei dem in Abb. 2 dargestellten D Apparat bei A eine positive, bei B eine negative Spannung an, so zersetzt sich das Wasser 2 ) und es bilden sich an den Elektroden Gase, die sich bei C und D ansammeln; und zwar bildet sich bei D doppelt soviel wie bei C. Es sind also hier durch Zufuhr von Energie aus dem flüssigen Wasser zwei neue, gasförmige Bestandteile entstanden, das Wasser ist zerlegt worden. Beide Gase sind farblos, Abb. 2. aber stofflich verschieden. Das bei C auf-

Wasserzersetzung

J ) Es gibt aber auch Stoffe, die unter E n e r g i e a b g a b e zerfallen: „instabile" Stoffe. Dazu gehören z . B . die E x p l o s i v s t o f f e , bei denen die Auslösung dieser freiwilligen Zersetzung u . U . schon durch geringfügige äußere Anlässe, z . B . durch Schlag, erfolgen kann. ') Der Versuch läßt sich mit hinreichender Geschwindigkeit nur durchführen, wenn dem Wasser etwas Säure, Lauge oder gewisse Salze zugesetzt werden, da reines Wasser den Strom praktisch nicht leitet (vgl. dazu Kap. XIV). Fiir die Zersetzung des Wassers Belbst ist dieser Zusatz ohne Einfluß.

II. Qualitatives Aber die Zusammensetzung des Wassers.

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gefangene bringt einen glühenden Span zum Aufflammen, brennt aber selbst nicht; das andere Gas dagegen ist brennbar, unterhält aber die Verbrennung nicht. Dieses zweite Gas nennt man, da es einen Bestandteil des Wassers bildet, Wasserstoff, während das erstere aus Gründen, die wir erst S. 51 besprechen werden, Sauerstoff genannt wird. Der beschriebene Versuch liefert uns also die Gleichung: Wasser + Energiezufuhr = Wasserstoff + Sauerstoff. (1) Der Elementbegriff. Es entsteht die Frage, ob Wasserstoff und Sauerstoff noch weiter zerlegbar sind. Alle Versuche hierzu sind mißlungen, so daß man heute mit großer Sicherheit sagen kann, daß diese Zerlegung nicht möglich ist 1 ). Derartige nicht mehr zerlegbare Bestandteile der Materie, aus denen sich die ungeheure Zahl aller anderen Stoffe aufbauen läßt, bezeichnet man nach Robert Boyle 2 ) als Elemente. Nicht immer hat der Elementbegriff diese Bedeutung gehabt. Die griechischen Philosophen verstanden vielmehr unter Elementen Erde, Wasser, Luft und Feuer, also im wesentlichen unsere Aggregatzustände fest, flüssig, gasförmig. Es handelte sich also mehr um einen Eigenschafts- als um einen Stoffbegriff. Dementsprechend schrieb man den Gewichts Verhältnissen keine wesentliche Bedeutung zu. Es hat einer Entwickelung von fast zwei Jahrtausenden bedurft, bis sich der alte Elementbegriff in den heutigen gewandelt hat.

Die Zahl der Elemente, die man bisher kennt, beträgt etwa 90 (vgl. dazu die Tabelle 1 Kap. XIII). Man kann mit großer Sicherheit sagen, daß man alle beständigen3) Elemente aufgefunden hat. Die Synthese von Wasser aas Wasserstoff und Sauerstoff. Ist nun der durch Gleichung (1) dargestellte Vorgang umkehrbar, d.h. gilt auch die Gleichung: Wasserstoff + Sauerstoff = Wasser + Energieabgabe ? (2) Beim Mischen der beiden Gase ereignet sich nichts, wohl aber, ') Allerdings ist noch eine Aufteilung in die U r b e s t a n d t e i l e der Materie, Elektronen usw. möglich; vgl. dazu Kapitel XXV. Vgl. ferner das In diesem Kapitel über „Isotope" Angeführte. *) Dieser hervorragende englische Naturforscher lebte von 1626 bis 1601. •) Vgl. daau Kapitel XXV.

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II. Qualitatives über die Zusammensetzung des Wassers.

wenn wir dieses Gemisch lokal erwärmen oder einen elektrischen Funken durchschlagen lassen. Man beobachtet dann als Folge der chemischen Vereinigung der beiden Gase zu Wasserdampf eine Explosion mit äußerst scharfem Knall. War das Gemisch in einem Glaskölbchen aufbewahrt, so wird dieses zersprengt. Man bezeichnet daher Gemische von Wasserstoff mit Sauerstoff oder Luft (Luft enthält 21% Sauerstoff, vgl. Kap. V) als K n a l l g a s . Gefahrlos läßt sich die Vereinigung der beiden Gase in einem Gebläsebrenner durchführen (Abb. 3). Die Gase kommen hier erst an der Mündung miteinander in Berührung, so daß die chemische Umsetzung nur an dieser Stelle erfolgen kann. Mit einer solchen Knallgasflamme werden Temperaturen von mehr als 2000° erzeugt, so daß man Porzellan, Platin, Bergkristall usw. schmelzen kann. Die gemäß Gleichung (1) in das System hineingeschickte elektrische Energie Abb 3 Gebläsebrenner.

tritt als0 bei der

Vereinigung der Gase als Wärmeenergie wieder in Erscheinung, aber — und das ist für die Ausnutzung durch den Menschen das Entscheidende — in der Form, zu der Zeit und an der Stelle, wie es für bestimmte Verwendungszwecke gebraucht wird.

Daß bei der Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff tatsächlich gemäß Gleichung (2) W a s s e r gebildet wird, läßt sich leicht zeigen, indem man eine Wasserstoffflamme innerhalb eines von außen gekühlten Rohres brennen läßt; es tropft dann das gebildete Wasser am unteren Rohrende ab. Chemische V e r b i n d u n g . Wir können die bisherigen Ergebnisse folgendermaßen zusammenfassen: Wasser kann durch Energiezufuhr in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt werden und entsteht andererseits durch die Vereinigung dieser beiden Gase unter Energieabgabe. Es bedarf keines besonderen Hinweises, daß es sich bei dieser Vereinigung nicht nur um eine Mischung der beiden Gase handelt; dieses Gemisch, das Knallgas, ist ja vom Wasser in allen Eigenschaften verschieden. Bei der Vereinigung der beiden Gase

II. Qualitatives über die Zusammensetzung des Wassers.

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zum Wasser ist vielmehr etwas ganz Tiefgreifendes erfolgt, es hat sich eine c h e m i s c h e V e r b i n d u n g gebildet. Daß eine chemische Verbindung ganz andere Eigenschaften hat als die Ausganesstoffe, aus denen sie entstanden ist, sei noch an einem anderen Beispiele gezeigt. Mischt man S c h w e f e l und E i s e n im pulverisierten Zustande, so erhält man ein gelbgraues Pulver, in dem man bei hinreichender Vergrößerung durch Lupe oder Mikroskop noch deutlich die Bestandteile sehen kann. Auch sind die Eigenschaften unverändert geblieben: mit einem Magneten lassen sich die Eisenteilchen herausziehen, mit der Flüssigkeit Schwefelkohlenstoff kann man den Schwefel herauslösen. Erhitzt man nun dieses Gemisch, so tritt bald an einer Stelle Aufglühen ein, das sich von selbst durch die ganze Masse fortsetzt. Nach dem Erkalten findet man eine schwarze Masse vor, das S c h w e f e l e i s e n , das sich — falls man das richtige Mischungsverhältnis benutzt hat — auch bei mikroskopischer Betrachtung als homogen erweist. Man kann jetzt mit Schwefelkohlenstoff den Schwefel nicht mehr herauslösen, ebenso erfolgt keine Anziehung durch den Magneten mehr. Auch aus diesem Beispiel geht klar hervor, daß eine chemische Verbindung etwas ganz anderes ist als ein mechanisches Gemisch der Ausgangsstoffe.

Stabiles und instabiles System. Wir sahen, daß ein Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff sich, wenn die Reaktion erst einmal eingeleitet ist, freiwillig in Wasser umwandelt, wobei Wärmeenergie abgegeben wird. Das gebildete Wasser ist also ä r m e r an (freier) E n e r g i e und stellt gegenüber dem „ i n s t a b i l e n " Gemisch der Ausgangsstoffe das „ s t a b i l e " System dar. Ebenso ist bei dem Beispiel Eisen/ Schwefel das gepulverte Gemenge das instabile, energiereichere System, das sich freiwillig in das stabile, energieärmere System, die chemische Verbindung Schwefeleisen, umwandelt. Zersetzung des Wassers bei hohen Temperaturen. Es fragt sich nun, ob bei chemischen Reaktionen immer v o l l s t ä n d i g e Umsetzung erfolgt, oder ob es auch Fälle gibt, bei denen die Reaktion aufhört, nachdem ein gewisser Teil umgesetzt ist. Beim Wasser ist ja die Umsetzung, soweit wir erkennen können, hundertprozentig; denn wenn

14 II. Qualitatives über die Zusammensetzung des Wassers. wir Wasserstoff und Sauerstoff in genau dem richtigen Verhältnis mischen, so ist nach der Reaktion keines der beiden Gase mehr irgendwie nachzuweisen. Das gilt aber nur für nicht allzu hohe Temperaturen; bei sehr hohen Temperaturen ändert sich das Bild. Die Umsetzung ist dann nicht mehr hundertprozentig; es bleibt ein— wenn auch kleiner— Bruchteil Wasserstoff und Sauerstoff unverbunden. Umgekehrt zerfällt (dissoziiert) Wasserdampf bei diesen Temperaturen teilweise in seine Bestandteile. Man kann nun mit Methoden, die hier nicht näher beschrieben werden können, diesen Zerfall des Wasserdampfes zahlenmäßig bestimmen. Dabei ergibt sich zunächst, daß er selbst bei sehr hohen Temperaturen gering ist; bei 2000° und 1 Atm. Druck beträgt der Bruchteil des Zerfallenen, der „Dissoziationsgrad", rund 2%. Ferner findet man, daß zu jeder Temperatur ein ganz bestimmter Dissoziationsgrad gehört. Mit fallender Temperatur wird der Zerfall zwar geringer; er läßt sich aber auch bei 1000° noch deutlich nachweisen. Auch bei Zimmertemperatur muß daher eine gewisse Dissoziation stattfinden, nur ist sie offenbar so gering, daß wir sie mit unseren Methoden nicht mehr nachweisen können. Das chemische Gleichgewicht und seine Abhängigkeit von der Temperatur. Das beim Wasser erhaltene Ergebnis ist von ganz allgemeiner Bedeutung und gilt für alle Reaktionen. Immer bildet sich ein bestimmtes Mengenverhältnis zwischen den Ausgangsstofien und dem Reaktionsprodukt aus. Man spricht davon, daß sich ein „chemisches Gleichgewicht" einstellt, und schreibt z. B. im vorliegenden Falle: Wasserstoff + Sauerstoff^Wasser. Das Zeichens besagt also, daß die Umsetzung nur soweit verläuft, bis sich das dem betreSenden System unter den jeweiligen Versuchsbedingungen eigene Mengenverhältnis zwischen Ausgangsstofien und Reaktionsprodukt eingestellt hat. Es ist dabei gleichgültig, ob man von Wasserstoff und SauerstoS oder

IL Qualitatives Aber die Zusammensetzung des Wassers.

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von Wasser ausgeht; in beiden Fällen kommt man zu demselben Gleichgewicht. Von großem Einfluß auf die Lage derartiger Gleichgewichte ist die Temperatur. In unserem Beispiel wird die Wasserbildung bei niederen Temperaturen praktisch vollständig, während mit zunehmender Temperatur ein immer größer werdender Anteil Wasserstoff und Sauerstoff im Gleichgewicht auftritt. Man sagt: Das Gleichgewicht wird mit zunehmender Temperatur nach der Seite steigender Dissoziation verschoben; Näheres vgl. Kap. XX; Die Reaktionsgeschwindigkeit und ihre Abhängigkeit von der Temperatur. Der Übergang des instabilen Gemisches WasserstoS und Sauerstoff in Wasser erfolgt, wie wir gesehen haben, bei höheren Temperaturen außerordentlich schnell. Bei Zimmertemperatur läßt er sich jedoch nicht nachweisen; Knallgas ist praktisch unbegrenzt haltbar. Trotzdem müssen wir annehmen, daß auch bei tiefen Temperaturen ein Umsatz erfolgt, nur ist hier die Reaktionsgeschwindigkeit unmeßbar klein. Erhöhen wir die Temperatur, so wird die Reaktionsgeschwindigkeit sehr schnell größer. Vielfach bedingt eine Erhöhung der Temperatur um 10° etwa eine Verdoppelung der Reaktionsgeschwindigkeit. Das würde bedeuten, daß sie bei 120° bereits etwa das tausendfache, bei 220° das millionenfache des Wertes von 20° beträgt. Nun wird zwar beim A n z ü n d e n mit einem Streichholz oder beim Durchschlagen eines Funkens nur eine kleine Stelle des Knallgasgemisches erhitzt; aber wenn so erst einmal die Umsetzung eingeleitet ist, dann entwickelt sie selbst gemäß Gleichung (2) Wärme, die die benachbarten Gasteile zur Reaktion bringt, und zwar schneller, als diese durch Wärmeleitung aus dem System abgeführt werden kann. Dies bedingt das explosionsartige Übergreifen der einmal eingeleiteten Umsetzung auf das ganze Gemisch1).

Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit durch Katalysatoren. Es gibt aber noch einen anderen Weg, ' ) Vgl. dazu aber Anm, •) S, 25,

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III. Gaggesetze.

um die Reaktionsgeschwindigkeit zu vergrößern. Leitet man ein Knallgasgemisch über sehr fein verteiltes Platin, so entzündet es sich. Das Platin hat also die Eigenschaft, die Geschwindigkeit der Reaktion stark zu vergrößern; es bleibt dabei selbst unverändert. Derartige Stoffe bezeichnet man als K a t a l y s a t o r e n . Die Lage eines Gleichgewichts kann durch einen Katalysator keinesfalls geändert werden, sondern nur die Geschwindigkeit, mit der es sich einstellt. Platin wirkt nicht nur hier, sondern auch bei vielen anderen Reaktionen beschleunigend; es ist also ein ganz a l l g e m e i n e r Katalysator. Es gibt aber auch Stoffe, die nur auf ganz bestimmte Reaktionen katalytisch wirken, andere dagegen unbeeinflußt lassen. Gerade die Entwicklung derartiger „ s p e z i f i s c h e r " Katalysatoren ist für die neuere chemische Technik von größter Bedeutung geworden.

III. Gasgesetze. Bei der Erörterung der quantitativen Zusammensetzung deWassers werden wir uns mehrfach mit Messungen an Gasen beschäftigen müssen; es wird daher nützlich sein, einige Bemerkungen über G a s g e s e t z e vorauszuschicken. Der Zustand eines Gases ist, solange keine chemische Umsetzung erfolgt, durch vier Größen bestimmt: 1. Menge, 2. Temperatur, 3. Volumen und 4. Druck. Von diesen Größen wollen wir die M e n g e k o n s t a n t halten. Solange die Masse des Gases pro Volumeinheit (Dichte) nicht allzu groß ist („ideales" Gas), gelten dann folgende Gesetze: 1. Ist die T e m p e r a t u r k o n s t a n t , Volumen und Druck veränderlich, so gilt die Gleichung (1): vx • p x = v 2 • p 2 = v 3 • p s =konst. Dieses Gesetz, das von Boyle (vgl. S. 11) und unabhängig davon von M a r i o t t e gefunden wurde, besagt also, daß Druck und Volumen einander umgekehrt proportional sind. 2. Ist der D r u c k k o n s t a n t , Volumen und Temperatur veränderlich, so gilt das durch Gleichung (2) dargestellte Gesetz von G a y - L u s s a c 1 ) : v t = v 0 ( l + < x t ) . Dabei bedeutet v t das Volumen bei t° Cels., v0 das Volumen bei 0° Cels. a ist für alle verdünnten Gase gleich 1/273. Gleichung (2) geht daher über in: ') Joseph Louis G a y - L u s a a c lebte von 1778 bis 1850.

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III. Gasgesetze.

3. Ist schließlich das V o l u m e n k o n s t a n t , Druck und Temperatur veränderlich, so gilt die ebenfalls von G a y - L u s s a c stammende, der Gleichung (2) vollkommen entsprechende Gleichung (3): p t = p 0 ( 1 + a t ) . oi besitzt hier ebenfalls für a l l e Gase den Wert 1/273; also kann man auch hier schreiben: Pt = P o ( l + 2 - f 3 ) = P o ( 2 7 | 7 i - ) -

(3)

Absolute Temperatur. Die Gleichungen (2) und (3) bekommen eine bequemere Form, wenn man eine neue Temperaturskala einführt, die durch folgende Gleichung definiert ist: T = 2 7 3 + t . Die beiden Gleichungen nehmen dann folgende Form an: v T T , t, T, Pt, Tj v = v p t ° ' 273 ' t = P«-273 bzw. - = Diese Einführung von T h a t aber nicht nur formale Bedeutung, indem nach den Gesetzen für ideale Gase bei T = 0° — oder was dasselbe ist, bei t = — 273° — sowohl das Volumen wie auch der Druck Null wird 1 ). Es ist nämlich überhaupt unmöglich, eine tiefere Temperatur zu erreichen. Man bezeichnet daher — 273° 2 ) als den a b s o l u t e n N u l l p u n k t und die in der T-Skala angegebenen Temperaturen als „absolute Temperaturen". Allgemeine Gasgleichung für konstante Gasmenge. Man kann die Gleichungen (1), (2) und (3) zusammenfassen zu der Gleichung (4): p t - v t = • T. Für die meisten Berechnungen schreibt man bequemer: Pi-Vj/Pa-Va = TJ/'TJ. Diese Gleichung ergibt sich aus den Gleichungen (1) bis (3) auf folgende Weise: Um ein Gas von dem Druck p v dem Volumen v x und der Temperatur t t auf die Temperatur t 2 , den Druck p 2 und das dann dazugehörige Volumen v ? zu bringen, geht man in zwei Schritten vor. Man läßt zunächst die Temperatur konstant und ändert nur den Druck von px auf p 2 . Dann erhalten wir: Pi • v x = p 2 • v S j t l . Der Index t, soll bedeuten, daß sich dieses Volumen noch auf die ursprüngliche Temperatur t t bezieht. Dann ändern wir bei konstantem Druck p 2 die Temperatur von ^ auf t 2 . Hierfür liefert Gleichung (2) die Beziehung v, i t l /v, ) t > = T t /T 2 bzw. v , j t i = v J t2 • TJ/T 2 . Setzen wir dies 1 ) Das ist allerdings nicht realisierbar, da alle Gase schon vorher flössig bxw. fe9t werden. ») Genauer — 273,2». K l e m m , Anorganische Chemie. 2

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IV. Quantitatives über die Zusammensetzung des Wassers.

ein und schreiben, wie oben angegeben, statt v a> t, einfach v l t so erhalten wir Pi • Vj = p, • v,- Tj/T,. Das entspricht der obigen Gleichung. B e i s p i e l : Gefunden bei 20° Cels. ( = 293° abs.) und 653 mm Quecksilberdruck ein Volumen von 263 ccm. Gefragt nach dem Volumen bei 0° Cels. ( = 273°abs.) und 760 mm: 273 - 663 - 263 „.. = 2 0 3 CCm' ^ 760 m m = 293 . 760 Reduktion anf Normalbedingungen. Will man Gasvolumina zu einander in Beziehung setzen, so muß man sie auf den gleichen Druck und die gleiche Temperatur beziehen. In der Regel pflegt man 0°Cels. und 760 mm Quecksilber als „ N o r m a l b e d i n g u n g e n " zu wählen. Grundsätzlich ist aber jeder andere Druck und jede andere Temperatur zum Vergleich ebenso berechtigt; 0°und 760 mm sind jedoch aus experimentellen Gründen bequem. Die oben durchgeführte Rechnung bedeutet also eine Reduktion auf Normalbedingungen.

I T . Quantitatives über die Zusammensetzung des Wassers. Das Gesetz von der Erhaltung der Masse. Durch zahlreiche, z. T. mit außerordentlicher Sorgfalt durchgeführte Untersuchungen hat sich gezeigt, daß sich bei chemischen Umsetzungen die Masse nicht ändert, d. h. daß das Gewicht der Reaktionsprodukte gleich dem der Ausgangsstoffe ist. Dieses zuerst von dem Franzosen L a v o i s i e r 1 ) in seiner vollen Bedeutung erkannte Gesetz von der Erhaltung der Materie ist eines der wichtigsten Naturgesetze. Es ist ferner die Grundlage für alle Bemühungen, die Zusammensetzung irgendeines Stoffes nicht nur qualitativ, sondern auch q u a n t i t a t i v zu ermitteln. Es kommt dabei imm'er darauf hinaus, einmal die Ausgangsstofie, zum anderen die Reaktionsprodukte zu wägen. Die „analytischen Waagen", empfindliche Instrumente, die bei einer Maximalbelastung von 100g noch Vioooo S ( = Vio Milligramm) zu bestimmen ge') Antofn« Laurent L a v o i s i e r lebte von 1743 bis 1794.

IV. Quantitatives über die Zusammensetzung des Wassers. 19 statten, gehören daher zum täglichen Handwerkszeug des Chemikers. Die „Mikrowaagen" besitzen sogar eine Empfindlichkeit von 1 y = 1/1000 Milligramm. Die quantitative Zusammensetzung des Wassers. Nach diesen allgemeinen Betrachtungen wollen wir uns nun wieder unserer besonderen Frage, der Zusammensetzung des Wassers, zuwenden. Nach dem Gesetz von der Erhaltung der Masse ist das Gewicht der bei der Elektrolyse entstandenen Gase gleich dem des zersetzten Wassers. 1 Liter Wasserstoff wiegt bei 0° und 760 mm 0,0899 g, 1 Liter Sauerstoff 1,429 g. Da nun bei der Zersetzung von Wasser 2 Raumteile Wasserstoff auf 1 Raumteil Sauerstoff entstehen, so verhält sich im Wasser der gewichtsmäßige Anteil von Wasserstoff zu Sauerstoff wie 2 • 0,0899 zu 1,429, also wie 1: 7,95. Wasser enthält demnach 11,2 Gewichtsprozente Wasserstoff und 88,8°/0 Sauerstoff. Das Gesetz der konstanten Proportionen. Wenn wir Wasser beliebiger Herstellung untersuchen, so finden wir immer den gleichen Prozentgehalt an Wasserstoff und Sauerstoff; reines Wasser hat also stets q u a l i t a t i v und q u a n t i t a t i v die gleiche Zusammensetzung. Was hier für Wasser gezeigt ist, gilt für außerordentlich viele 1 ) chemische Verbindungen, gleichgültig, ob es sich um feste, flüssige oder gasförmige Stoffe handelt: der prozentische Anteil an den einzelnen Bestandteilen ist unabhängig von der Herkunft und der Herstellung. Dies ist das Gesetz der k o n s t a n t e n Proportionen. Das Gesetz der multiplen Proportionen. Es ist aber auch möglich, daß zwei Elemente mehrere Verbindungen miteinander eingehen. So werden wir später eine zweite ') Jedoch n i c h t für a l l e Verbindungen; vgl. dazu S. 162 über Eisensulfld sowie besonders S. 170 über Legierungen. Die Gesetze der konstanten und multiplen Proportionen, oft auch als „chemische Grundgesetze" bezeichnet, sind n u r „ G r e n z g e s e t z e". Sie gelten jedoch für so viele Verbindungsklassestreng, daß sie auch heute noch eine ausgezeichnet« Grundlage für «in« Einführung in di« Chemia daratellan.

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rV- Quantitatives über die Zusammensetzung des Wassers.

ebenfalls aus Wasserstoff und Sauerstoff zusammengesetzte Verbindung kennenlernen, das Wasserstoffperoxyd. Untersuchen wir dessen Zusammensetzung, so ergibt sich, daß in ihr mit 1 g Wasserstoff 15,9 g Sauerstoff verbunden sind, während das Verhältnis beim Wasser 1 : 7,95 ist. 15,9 ist aber gerade 2 x 7,95. Wir erhalten hieraus und aus ähnlichen Beispielen das erstmalig 1804 von D a l t o n a u s g e s p r o c h e n e , endgültig von B e r z e l i u s 2 ) bewiesene Gesetz der m u l t i p l e n P r o p o r t i o n e n : Wenn zwei Elemente mehrere Verbindungen miteinander eingehen, so stehen die Mengen des einen Elementes, die sich mit einer bestimmten Gewichtsmenge des anderen verbinden, zueinander im Verhältnis einfacher ganzer Zahlen. Das Volumgesetz von Gay-Lussac und A. v. Humboldt. Ähnliche Beziehungen, wie sie allgemein für die Gewichtsverhältnisse bestehen, gelten im Sonderfalle der Gasreaktionen auch für die Volumina. Auch hier ist das Verhältnis zwischen den Räumen zweier Gase, die bei einer bestimmten Umsetzung entstehen — also in unserem Beispiel von Wasserstoff und Sauerstoff —, von Versuch zu Versuch das gleiche. Ja, die Dinge liegen hier sogar viel einfacher als bei den Gewichtsmengen; denn das Verhältnis der beiden Gasvolumina zueinander ist 2 : 1 , also besonders einfach und durch kleine g a n z e Z a h l e n ausdrückbar. Es fragt sich, ob auch zwischen dem Volumen des gebildeten Wassers und den Raummengen des zu seiner Herstellung benutzten Wasserstoffs und Sauerstoffs einfache Beziehungen bestehen. Bei normalem Druck und Zimmertemperatur können wir das nicht prüfen, da Wasser unter diesen Bedingungen flüssig ist. Wenn wir aber eine „Synthese" des Wassers aus seinen Bestandteilen bei höheren Temperaturen und—wegen der explosionsartigen Umsetzung!— ') J o h n D a l t o n (1766—1844) ist der Begründer der Atomtheorie; vgl. S. 21. 2 ) Jons Jakob B e r z e l i u s (1779—1848) ist der bedeutendste anorganische Chemiker aller Zeiten gewesen. Seine größte Leistung bestand wohl in der Schaffung eines ersten Systems der Atomgewichte (vgl. dazu Kap. IX), das bereits von einer erstaunlichen Vollendung war.

IV. Quantitatives über dio Zusammensetzung des Wassers. 21 unter vermindertem Druck durchführen, so bleibt das Wasser gasförmig. Der Versuch zeigt dann, daß 2 Eaumteile Wasserstoff und 1 Raumteil Sauerstoff, also 3 Raumteile Knallgas, 2 Raumteile Wasserdampf ergeben. Es bestehen also bei dieser Gasreaktion tatsächlich einfache Beziehungen zwischen den Räumen der Ausgangsstoffe und des Endproduktes. Was hier gilt, trifft auch in anderen Fällen zu; wir erhalten das Volumgesetz von G a y - L u s s a c und A. v. H u m b o l d t , das aussagt: Reagieren zwei Gase miteinander, so stehen bei gleichem Druck und gleicher Temperatur die Volumina der reagierenden Gase sowohl zueinander als auch zu dem Volumen des entstehenden Gases in einfachen Zahlenverhältnissen. Atom- und Molekelbegriff. Diese einfachen Beziehungen — nämlich das Gesetz der konstanten und multiplen Proportionen wie das Volumgesetz der Gasreaktionen — verlangen nach einer D e u t u n g . Einen ersten wichtigen Schritt hierzu verdankt man D a l t o n , der den A t o m b e g r i f f erstmalig in seiner heutigen Bedeutung benutzte und folgende Leitsätze aufstellte: 1. Jedes Element besteht aus g l e i c h a r t i g e n A t o m e n von unveränderlichem Gewicht. 2. Die chemischen Verbindungen bilden sich durch Vereinigung der Atome verschiedener Elemente nach einfachsten Zahlenverhältnissen. Diese beiden Sätze gelten bis heute unverändert 2 ). Der Atombegriff hat sich als eine der wichtigsten Grundlagen für das Verständnis des Aufbaues der Materie erwiesen. Zu einer restlosen Erklärung der genannten Regelmäßigkeiten ist aber außerdem noch der von A v o g a d r o 3 ) geschaffene Molekel-(oderMolekül-)begriff notwendig. Unter Molekeln (oder Molekülen) versteht man in einem gas') Vgl. aber Kap. XXV („Isotope"). ) Bezüglich der einfachen Zahlenverhältnisse vgl. aber die in Anm. 1) S. 19 gegebenen Hinweise. 'l Der italienische Physiker Graf Amadeo A v o g a d r o lebte von 1776—1856. a

22 IV. Quantitatives über die Zusammensetzung des Wassers. förmigen System die kleinsten Teilehen, die sich als einheitliches Ganzes im Räume fortschreitend bewegen. Nach der kinetischen Gastheorie befinden sich nämlich die kleinsten Teilchen eines Gases, die eben genannten Molekeln, in einer dauernden Bewegung, die um so lebhafter ist, je höher die Temperatur steigt. Infolge dieser Bewegung finden dauernd Zusammenstöße zwischen den Teilchen statt. Durch den Anprall der Molekeln auf die Gefäßwand wird der Druck des Gases hervorgerufen. Die Molekeln kann man im Mikroskop nicht direkt sichtbar machen, da sie dazu viel zu klein sind. Die Wärmebewegung findet sich aber auch noch bei größeren, aus vielen Millionen von Atomen bestehenden Teilchen als sogenannte „Brown'sche Bewegung". Beobachtet man z. B. Zigarettenrauch oder auch eine Suspension von Ultramarin in Wasser vermittels eines Mikroskopes starker Vergrößerung, so sieht man, daß die einzelnen Teilchen sich in leßhafter Bewegung befinden. Noch deutlicher ist diese Bewegung zu erkennen, wenn sehr kleine Teilchen vorliegen, wie z. B. in den sogenannten „kolloiden Lösungen" (Näheres s. Kap. XXIV). Hier kann man allerdings mit dem gewöhnlichen Mikroskop nichts mehr erkennen, wohl aber mit dem „Ultramikroskop", bei dem nicht die Teilchen selbst, sondern nur die durch sie hervorgerufenen Beugungserscheinungen beobachtet werden. Ausgehend von den Versuchen von G a y - L u s s a c und v. H u m b o l d t stellte nun A v o g a d r o l 8 1 1 die Hypothese auf, daß g l e i c h e V o l u m t e i l e v o n G a s e n bei gleichem Druck und gleicher Temperatur die . g l e i c h e A n z a h l v o n Molek e l n e n t h a l t e n . Damit war gleichzeitig erklärt, warum sich gleiche Volumina der verschiedenen Gase, bei gleichem Druck und gleicher Temperatur gemessen, nach den Gasgesetzen gegenüber Druck- und Temperaturänderungen ganz gleichartig verhalten, ja sogar miteinander in dieser Beziehung vertauscht werden können. Die Hypothese von A v o g a d r o wurde zwar zunächst wenig beachtet; sie hat sich aber tatsächlich als eine der wichtigsten Grundlagen für die Erkenntnis der Zusammensetzung der Molekeln erwiesen und ist heute als sichergestelltes Naturgesetz anzusehen. Die Zusammensetzung der Wasser-Molekel; chemische Formelsprache. Es soll nun auf Grund der Avo-

IV. Quantitatives über die Zusammensetzung des Wassers.

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g a d r o ' s c h e n Hypothese entschieden werden, wie dieWassermolekel aufgebaut ist. Es wird also gefragt: Besteht die Wassermolekel aus 1 Atom Wasserstoff und 1 Atom Sauerstoff oder aus 2 Atomen Wasserstoff und 1 Atom Sauerstoff oder aus 1 Atom Wasserstoff und 2 Atomen Sauerstoff oder ist sie ganz kompliziert aufgebaut, etwa aus 15 Atomen Wasserstoff und 24 Atomen Sauerstoff usw. ? Für solche Angaben bedient man sich in der Chemie einer abgekürzten, sehr zweckmäßigen S c h r e i b w e i s e , die von B e r z e l i u s herrührt. Man bezeichnet jedes Element durch einen großen lateinischen Buchstaben, z. B. WasserstoS durch H (abgeleitet von Hydrogenium, der lateinischen Bezeichnung für Wasserstoff), Sauerstoff (Oxygenium) durch 0 , und schreibt nun die Zahl der Atome, die sich von jedem einzelnen Element in der Molekel befinden, rechts unten an das betreffende Symbol. Die oben genannten Möglichkeiten würde der Chemiker also folgendermaßen schreiben: HO, H 2 0, H 0 2 , H „ O m . Um nun zu entscheiden, welche von diesen Formeln die richtige ist, ging A v o g a d r o von dem experimentellen Befund aus, daß — gleichen Druck und gleiche Temperatur vorausgesetzt — 2 Liter WasserstoS und 1 Liter Sauerstoff 2 Liter Wasserdampf ergeben. Da nun nach seiner Grundannahme in einem Liter aller Gase.bei gleichem Druck und gleicher Temperatur eine ganz bestimmte Anzähl von Molekeln vorhanden ist — wir wollen sie mit N x bezeichnen —, so müssen 2 Nj Wasserstoffmolekeln mit Sauerstoömolekeln 2 Nj Wassermolekeln bilden. Dividiert man durch 2 N x , d. h. bezieht man sich auf 1. Wassermolekel, so gilt: 1 Wasserstoffmolekel + 1 / 2 Sauerstoffmolekel = 1 Wassermolekel. Daraus folgt, daß die Sauerstoffmolekel nicht nur aus einem Atom bestehen kann; denn sonst müßte ja in der Wassermolekel ein halbes Sauerstoffatom vorhanden sein, was der Unteilbarkeit der Atome widerspricht. Avogadro gelangte so bereits

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IV. Quantitatives über die Zusammensetzung des Wassers.

1811 zu der seiner Zeit weit vorauseilenden Erkenntnis, daß die Sauerstoffmolekel m i n d e s t e n s aus zwei A t o m e n bestehen muß. Ob es nun allerdings nur zwei Atome und nicht ein Vielfaches davon (etwa vier oder sechs) enthält, kann man aus dieser Reaktion allein nicht entscheiden. Prüft man nun aber andere Reaktionen, so ergibt sich, daß in keinem einzigen Falle die Notwendigkeit vorliegt, mehr als zwei Atome in der Sauerstoffmolekel anzunehmen. Auf Grund des in der Naturwissenschaft allgemein befolgten Grundsatzes, von den an sich vorhandenen Möglichkeiten die einfachste als richtig anzusehen, kommt man daher zu dem Ergebnis, daß in der S a u e r s t o f f m o l e k e l z.wei A t o m e , in der Wassermolekel ein Atom Sauerstoff vorhanden sind. Über die Zahl der Atome in der W a s s e r s t o f f m o l e k e l kann man aus dieser Reaktion allein nichts Bestimmtes aussagen; denn die Gleichungen: a) 2 H + O a = 2 H O , b) 2 H 2 + 0 2 = 2 H 2 0, c) 2 H 3 + 0 2 = 2 H s O usw. stehen alle mit dem experimentellen Befund im Einklang. Man kann es höchstens aus Analogiegründen als wahrscheinlich bezeichnen, daß auch dieWasserstoffmolekel aus zwei Atomen besteht, daß also die Gleichung b) richtig ist. Beweisen kann man das jedoch erst, wenn man andere Umsetzungen zu Hilfe nimmt. So reagiert z. B. das Element Chlor (Cl) mit Wasserstoff zu einer Verbindung Chlorwasserstoff (Näheres vgl. Kap. XII) nach folgendem Volumverhältnis: 1 Volumen Wasserstoff + 1 Volumen Chlor geben 2 Volumina Chlorwasserstoff oder H x + Cly = 2 H x / 2 Cly/2. Hieraus ergibt sich, daß x und y mindestens die Größe 2 haben müssen. Da es auch in diesem Falle keine einzige Reaktion gibt, die verlangt, daß sowohl x als auch y größer als 2 (also etwa 4 oder 6) eingesetzt werden, so müssen wir auch hier den Schluß ziehen, daß die W a s s e r s t o f f - und die Chlorm o l e k e l aus je zwei A t o m e n bestehen.

V. Wasserstoff und Sauerstoff.

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Die Gleichung für die Bildung des W a s s e r s lautet also: 2 H 2 + 0 2 = 2 H 2 0 . Wasser hat demnach die Formel H 2 0 . Mit der Feststellung, daß die Molekeln von Wasserstoff und Sauerstoff aus 2 Atomen bestehen, wird sofort verständlich, warum ein Knallgasgemisch erst angezündet werden muß, ehe es reagiert. Lägen Wasserstoff- und Sauerstoffatome vor, so wäre das nicht zu verstehen. Da es sich aber in Wirklichkeit nicht um freie Atome, sondern um fest aneinander gebundene Atom p a a r e handelt, so ist für das Eintreten der Reaktion erforderlich, daß erst einmal die Bindung zwischen den beiden Sauerstoff- bzw. Wasserstoffatomen innerhalb der Molekeln gelockert wird. Eine solche Lockerung der Bindung bzw. eine Aufspaltung einer Molekel in die Atome kann infolge der Zusammenstöße der Molekeln erfolgen. Nun nimmt mit steigender Temperatur sowohl die Zahl als auch die Wucht der Zusammenstöße zu. Bei höheren Temperaturen wird daher öfter Aufspaltung einer Molekel erfolgen als bei tieferen. Es ist daher verständlich, daß die Reaktion mit merklicher Geschwindigkeit erst bei hohen Temperaturen verläuft 1 ).

Y. Wasserstoff und Sauerstoff. Wasserstoff. Die D a r s t e l l u n g des WasserstoSs erfolgt in der Technik vielfach auf elektrolytischem Wege, ähnlich dem von uns S. 10 beschriebenen. Wir werden im Kap. X X V I solche Verfahren noch näher besprechen 2 ). Im Laboratorium stellt man ihn meist durch E i n w i r k u n g v o n Met a l l e n , wie z. B. Zink, auf S ä u r e n her. Über den Begriff: „Säure" vgl. Kap. XII. Auch aus W a s s e r kann man den Wasserstoff durch Metalle in Freiheit setzen. Bekanntlich unterscheidet man unedle und edle Metalle. Die letzteren sind dadurch ausgezeichnet, daß sie geringe Neigung haben, mit anderen Elementen Verbindungen einzugehen (Silber, Gold, Platin usw.). Die u n e d l e n dagegen verbinden sich gern mit sehr vielen Elementen, besonders dem Sauerstoff. Sie sind daher in der Lage, dem Wasser den Sauerstoff zu entziehen und den Wasser') Der Verlauf dieser Reaktion im einzelnen ist verwickelt; wie bei nahezu allen explosionsartig verlaufenden Oasreaktionen liegt auch hier eine sogenannte » K e t t e n r e a k t i o n " vor, vgl. dazu S. 49. •) Über weitere wichtige technische Darstellungsverfahren vgl. Kap. XXII.

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V. Wasserstoff und Sauerstoff.

atoff in Freiheit zu setzen. Als ein recht unedles Element sei das M a g n e s i u m genannt. Leitet man Wasserdampf bei höheren Temperaturen über Magnesiumpulver, so verbindet sich der Sauerstoff unter Erglühen mit dem Metall und man erhält Wasserstoff. Bei derartigen Einwirkungen von Metallen auf Wasserdampf müssen sich natürlich Verbindungen zwischen Metall und Sauerstoff bilden; solche Verbindungen bezeichnet man als Oxyde. Es gilt also die Gleichung: Unedles Metall -f Wasser = Metalloxyd + Wasserstoff. Bei den e d l e r e n Metallen ist es gerade umgekehrt; hier kann man dem Oxyd durch Wasserstoff den Sauerstoff entziehen. Das kann man sehr schön beim Kupfer zeigen. Erhitzt man Kupfer auf höhere Temperaturen in der Luft, die ja Sauerstoff enthält, so wird es schwarz, weil sieh Kupferoxyd bildet. Bringt man ein solches oxydiertes Stück Kupfer in heißem Zustande in eine Wasserstoffatmosphäre, so erscheint sogleich die hellrote Farbe des Kupfermetalles, weil sich folgende Reaktion abspielt: Kupferoxyd + Wasserstoff = Kupfer + Wasser. Oxydation und Reduktion. Eine solche Loslösung von Sauerstoff aus einer Verbindung bezeichnet man als R e d u k t i o n , während der entgegengesetzte Vorgang, die chemische Bindung von Sauerstoff, O x y d a t i o n genannt wird 1 ). Beide Vorgänge sind stets miteinander gekoppelt. So ist z. B. im vorliegenden Falle das Kupferoxyd zu Kupfer reduziert, der Wasserstoff zu Wasser oxydiert worden. Wasserstoff ist eines der wichtigsten Reduktionsmittel. Die p h y s i k a l i s c h e n E i g e n s c h a f t e n des Wasserstoffs sind dadurch bestimmt, daß der Wasserstoff das leichteste aller Gase ist. Seine Dichte beträgt nur etwa 1 / u von der der Luft. Es ist bekannt, daß man ihn daher zur Füllung von Luftschiffen verwendet2). ') Eine allgemeinere Formulierung der Begriffe Oxydation und Reduktion werden wir im Kap. XV kennenlernen. *) Wegen der Brennbarkeit des Wasserstoffes verwendet man an seiner Stelle lieber H e l i u m , ein Gas aus der Gruppe der Edelgase, vgl. Kap. VII. Seine Dichte JST zwar doppelt HO groß wie die von Wasserstoff, aueh ist es sehr viel kostspieliger, aber es ist wie alle Edelgase unbrennbar. .Rohstoffquellen für

V. Wasserstoff und Sauerstoff.

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Nach dem Avogadro'sehen Gesetz ist die geringe Gasdichte des Wasserstoffs dadurch bedingt, daß die Wasserstoffmolekeln ein besonders geringes Gewicht haben. Damit hängen einige Besonderheiten des Wasserstoffs zusammen. So zeigt er ein besonders hohes Diffusionsvermögen und strömt besonders schnell aus engen Öffnungen aus. Auch leitet er die Wärme besser als irgendein anderes Gas. Sauerstoff. Die wichtigste Quelle für den Sauerstoff ist die L u f t . Über ihren Gehalt an Sauerstoff unterrichten uns folgende Versuche: Entzündet man ein Stück weißen Phosphors in einer reinen Sauerstoffatmosphäre, so tritt unter Bildung eines weißen Nebels von festem Phosphoroxyd eine lebhafte Vereinigung des Phosphors mit dem Sauerstoff ein, die erst dann aufhört, wenn der Sauerstoff restlos verbraucht ist. Würde man also eine mit Sauerstoff gefüllte, nach unten offene Glocke in Wasser stellen und brennenden Phosphor in einem Schälchen auf dem Wasser schwimmen lassen, so würde das Wasser hochsteigen und schließlich die ganze Glocke erfüllen. Führt man den Versuch mit L u f t durch, so brennt der Phosphor beim Berühren mit einem heißen Draht ebenfalls; es wird jedoch nicht die gesamte Gasmenge verbraucht, sondern nur etwa 1 / 6 . Die Luft besteht also zu rund 1 / 6 ihres Volumens aus Sauerstoff. Der übrige Teil der Luft muß noch ein oder mehrere andere Gase enthalten, die die Verbrennung von Phosphor und ähnlichen Stoffen nicht unterhalten. Im wesentlichen handelt es sich um das Element Stickstoff (Symbol N). Näheres vgl. Kap. VII. Die D a r s t e l l u n g des Sauerstoffs k a n n — a u ß e r durch die S. 10 besprochene Wasserelektrolyse — durch Erhitzen von Oxyden sehr edler Metalle erfolgen; denn diese Oxyde sind, wie fast alle Verbindungen der Edelmetalle, nicht sehr geständig. So geht z. B. das rote Q u e c k s i l b e r o x y d beim stärkeren Erhitzen in Sauerstoff und metallisches Quecksilber über. Ferner kann man ihn durch Erhitzen einiger sauerstoffreicher Stoffe erhalten, wie Kaliumchlorat 1 ) oder Bariumperoxyd. Alle diese Methoden sind heute ohne praktische Bedeutung; denn die t e c h n i s c h e Gewinnung des Sauerstoffs erfolgt fast ausschließlich durch V e r f l ü s die technische Gewinnung von Helium besitzen in der Welt nur die Vereinigten Staaten von Amerika. M Sie Zersetzung dieses Stoffes unter Sauerstoffabgabe wird durch Traunstein (vgl. S. 50 u. S. ICO) latalytiscti beschleunigt. Vgl. dazu S. 69/70.

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V. Wasserstoff und Sauerstoff.

s i g u n g der L u f t (Näheres vgl. K a p . V I I I ) und teilweises Wieder verdampfen. Sauerstoff siedet nämlich bei — 1 8 2 , 9 6 ° , Stickstoff b e i — 1 9 5 , 8 ° . L ä ß t m a n also flüssige L u f t langsam verdampfen, so siedet erst im wesentlichen Stickstoff weg, dann ein Gemisch der beiden Gase und zuletzt nahezu reiner Sauerstoff. Durch eine in geeigneter Weise durchgeführte Folge von Verdampfungs- und Kondensationsvorgängen ( , f r a k t i o n i e r t e Destillation") kann m a n so reinen Stickstoff einerseits, reinen Sauerstoff andererseits darstellen. Flüssige Luft, die schon längere Zeit gestanden hat, besteht also praktisch nur aus Sauerstoff. Man erkennt den angenäherten Prozentgehalt der flüssigen Luft an Sauerstoff bei einiger Übung schon an der Farbe; denn flüssiger Sauerstoff ist im Gegensatz zu dem farblosen flüssigen Stickstoff blau. Sauerstoff kommt ebenso wie Wasserstoff und Stickstoff in Stahlflaschen unter einem Druck von 150 Atmosphären in den Handel [„verdichtete Gase"; verflüssigte Gase hingegen sind z. B. Chlor (Kap. XII), Schwefeldioyxd (Kap. XVIII), Ammoniak (Kap. XXII) und Kohlendioxyd (Kap. XXIII)]. Yerbrennungserscheinungen. Wie bereits erwähnt, ist Sauerstoff der Anteil der L u f t , der die V e r b r e n n u n g s e r s c h e i n u n g e n bedingt. Seit L a , v o i s i e r wissen wir, d a ß es sich bei einer Verbrennung u m folgenden Vorgang h a n d e l t : Verbrennbarer Stoff + Sauerstoff = Verbrennungsprodukte. D a n a c h sind also die Verbrennungsprodukte immer schwerer als der v e r b r a n n t e Stoff. Vor L a v o i s i e r hatte man über die Verbrennung bzw. die Oxydation von Metallen eine andere Vorstellung. Man glaubte, nämlich, daß die Oxyde einfach zusammengesetzt wären und daß sie unter Aufnahme eines Stoffes, den man P h l o g i s t o n nannte, in Metall übergingen. Umgekehrt nahm man an, daß die Oxyde durch Abgabe von Phlogiston aus den Metallen entständen. Die von dem Deutschen S t a h l (1660—1734) aufgestellte Phlogistontheorie hat für die Entwicklung der Chemie eine sehr große Bedeutung gehabt, da sie zum ersten Male Oxydations- und Reduktionserscheinungen von einem einheitlichen Gesichtspunkte aus erklärte. Sie versagte aber völlig zur Erklärung der dabei auftretenden Gewichtsänderungen. Für ihren Sturz war entscheidend die Entdeckung des Sauerstoffs durch den in (dem damals

VI. Ozon und Wasserstoffperoxyd.

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schwedischen) Stralsund geborenen Karl Wilhelm Scheele im Jahre 1772, eines Forschers, dem man trotz seines kurzen Lebens — von 1742 bis 1786 — eine große Zahl der bedeutsamsten Entdeckungen verdankt. Unabhängig von S c h e e l e hat auch der Engländer P r i e s t l e y (1733—1804) den Sauerstoff entdeckt. Verbrennungen sind also ebenso Oxydationen wie etwa das Rosten des Eisens, d. h. der Übergang in Eisenoxyd. Einen Unterschied kann man höchstens darin sehen, daß das Oxydationsprodukt hier festes, bzw. bei lebhafter Verbrennung flüssiges Oxyd ist, während bei den Verbrennungen im engeren Sinne g a s f ö r m i g e Bestandteile entstehen. Die bei Kerzen, Kohle, Leuchtgas usw. entstehenden Verbrennungsgase bestehen — neben sehr viel Stickstoff aus der Luft! — im wesentlichen aus Wasserdampf und einer Kohlenstoff-Sauerstoffverbindung, dem Kohlendioxyd (C0 2 ); denn alle diese Brennstoffe enthalten Wasserstoff und Kohlenstoff. Näheres vgl. Kap. X X I I I . V e r b r e n n u n g e n gehen auch in u n s e r e m K ö r p e r vor sich, indem die kohlenstoff- und wasserstoffhaltigen N a h r u n g s m i t t e l 1 ) im Blut durch den eingeatmeten Sauerstoff der Luft verbrannt werden. Auch hier bilden sich als Verbrennungsprodukte Wasser und Kohlendioxyd; letzteres wird mit der ausgeatmeten Luft wieder aus dem Körper entfernt. Diese Verbrennung der Nahrungsmittel hält die Körpertemperatur aufrecht; sie ist ferner die Energiequelle für die mechanische Arbeit (Heben der Beine, Arme usw.), die wir verrichten. Im Gegensatz zu den Flammen erfolgt die Verbrennung im Körper bei niedriger Temperatur, weil sie durch verwickelt aufgebaute organische Verbindungen („Enzyme") katalysiert und in äußerst feiner Weise geregelt wird. In reinem Sauerstoff verlaufen Verbrennungen viel lebhafter als in Luft. Besonders heftig erfolgen sie in f l ü s s i g e m Sauerstoff; denn dieser enthält in der Volumeneinheit rund tausendmal soviel Molekeln wie das Gas bei Zimmertemperatur. Mit flüssigem Sauerstoff getränkte, fein verteilte Kohle (Oxyliquit) stellt daher einen sehr wirksamen Sprengstoff dar, der z. B. im Bergbau verwendet wird.

y i . Ozon und Wasserstoffperoxyd. Ozon. Neben der gewöhnlichen Form des Sauerstoffs gibt es noch eine andere, besonders reaktionsfähige Form, das Ozon. Man ') Näheres s. Kap. XXIII.

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VII. Die Zusammensetzung der Luft.

spricht davon, daß in diesem Falle zwei „Modifikationen" vorliegen. Ozon, ein Gas von eigenartigem, stechendem Geruch, besteht nicht aus 0 2 -, sondern aus 03-Molekeln. Die Ozon-Molekeln sind bei Zimmertemperatur instabil und gehen freiwillig unter Energieabgabe in Oj-Molekeln über. Diese Umwandlung erfolgt allerdings bei gewöhnlicher Temperatur nur sehr langsam; Ozon ist daher einige Zeit haltbar. Erwärmen auf 100 bis 200° führt jedoch zu sofortigem Zerfall. Ozon wirkt sehr stark oxydierend und besitzt infolgedessen stark desinfizierende Wirkung. Hierin liegt seine technische Bedeutung. Man benutzt Ozon z. B., um Bakterien im Wasser abzutöten; es ist aber für diesen Zweck verhältnismäßig teuer. Technisch wird es durch die Einwirkung stiller elektrischer Entladungen auf Sauerstoff hergestellt. Näher kann hierauf nicht eingegangen werden. Wasserstoffperoxyd. Aus Wasserstoff und Sauerstoff kann sich, wie bereits S. 19/20 erwähnt, neben Wasser noch eine zweite Verbindung bilden, das Wasserstoffperoxyd der Formel H 2 0 2 . Es entsteht unter anderem in der Knallgasflamme, ist aber in den Verbrennungsgasen nicht ohne weiteres nachzuweisen, da es bei niedrigeren Temperaturen instabil ist und schnell in Wasser und Sauerstoff zerfällt. Kühlt man aber die Verbrennungsgase äußerst schnell ab, etwa indem man eine Wasserstoffflamme gegen ein Stück Eis brennen läßt, so kommt das H 2 0 2 so schnell in das Temperaturgebiet äußerst geringer Zerfallsgeschwindigkeit, daß es keine Zeit hat, sich zu zersetzen. Man findet daher in dem Schmelzwasser dieses Eisstückes etwas Wasserstoffperoxyd. Wie Ozon, so ist auch H 2 0 2 ein ausgezeichnetes Oxydationsmittel. Man stellt es in der Regel aus dem elektrolytisch gewinnbaren Kaliumperoxydisulfat(vgl. S. 83) her. Es ist in parafiinierten Flaschen (nicht in Glas!) lange Zeit haltbar und befindet sich in 3°/0iger wie auch in 30°/oiger Lösung (Perhydrol) im Handel. Für viele Verwendungszwecke ist es wesentlich, daß bei seiner Zersetzung nur Wasser und Sauerstoff entstehen, die beide keine störenden Nebenwirkungen geben. H 2 0 2 zerstört viele Farbstoffe und wird daher unter anderem zum Hellfarben dunkler Haare benutzt. Die verdünnte Lösung ist ein ausgezeichnetes Mundwasser.

YII. Die Zusammensetzung der Luft. Wassergehalt der Luft. Einen sehr wichtigen Versuch über die Zusammensetzung der Luft haben wir bereits S. 27 kennengelernt. Der eingehenderen Besprechung der quantitativen Verhältnisse wollen wir eine Besprechung des Wassergehaltes der Luft

VII. Die Zusammensetzung der Luft.

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vorausschicken. Bekanntlich enthält die Luit wechselnde Mengen Wasserdampf (Luftfeuchtigkeit). Welche große Rolle dieser Wechsel im Wassergehalt für das Wetter spielt, ist allgemein bekannt. Aber auch für viele andere chemische Fragen des täglichen Lebens ist die Luftfeuchtigkeit von großer Bedeutung, z. B. für das Rosten von Eisengeräten, die Haltbarkeit von Lebensmitteln usw. Wir müssen uns daher etwas genauer mit dieser Frage befassen. Alle Flüssigkeiten besitzen einen D a m p f d r u c k ; vgl. Kap. VIII. Beim Wasser beträgt dieser bei 10° 9,2 mm Quecksilbersäule, bei 20° 17,6 mm. Das heißt also, daß Wasser, das in ein geschlossenes, evakuiertes Gefäß gebracht wird, so lange verdampft, bis in dem Raum über der Flüssigkeit der dem Dampfdruck entsprechende Wassergehalt erreicht ist. Die gleiche Menge Wasserdampf verdampft nun auch, wenn der Gasraum mit einem beliebigen anderen Gas, etwa Luft, gefüllt ist. Dabei ist es einerlei, unter welchem Druck die Luft steht 1 ); immer geht die gleiche, dem Dampfdruck des Wassers entsprechende Wasserdampfmenge in den Gasraum über 2 ). Bei einem Gesamtdruck .von 760 mm Quecksilber würde der Wassergehalt bei 10° 100 • 9,2/760, d. h. rund 1,2, bei 20° 2,3 Volumprozente betragen. Eine solche vollständige Sättigung mit Wasserdampf ist in der f r e i e n Atmosphäre in der Regel nicht vorhanden. Man gibt als r e l a t i v e Luftfeuchtigkeit den Prozentgehalt des bei jeder Temperatur möglichen Sättigungswertes an. Bei 60% Luftfeuchtigkeit liegen also bei 10° 0,6, bei 20° 1,2 Volumprozente Wasserdampf vor. Z u s a m m e n s e t z u n g der trockenen L u i t . Diese Verschiedenheit des Wassergehaltes der Atmosphäre würde die Beschreibung der Zusammensetzung der L u f t sehr umständlich gestalten, wenn man die Angaben auf die wirklich vorhandene, wasserhaltige L u f t beziehen würde. Man pflegt daher alle Angaben über die quantitative Zusammensetzung der Atmosphäre auf die vom Wasserdampf befreite, also g e t r o c k n e t e L u f t zu beziehen. Zum T r o c k n e n v o n Gasen benutzt man Stoffe, die sich begierig mit Wasser vereinigen. Dabei kann es sich um Flüssigkeiten (Schwefelsäure) oder auch um feste Stoffe (Calciumchlorid, Diphosphorpentoxyd, Magnesiumperchlorat) handeln. 1

) So lange es sich nicht am extreme Dracke handelt. *) Man nennt den Anteil, den der Wasserdampfdrack am Gesamtdruck (Fremdgas + Wasserdampf) ausmacht, „Teildruck" oder „Partlaidruck" des Waeserdampfa.

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VII. Die Zusammensetzung der Luft.

Der Sauerstoffgehalt der Luft, bezogen auf das trockene Gas, beträgt 20,9%. Er schwankt nur innerhalb ganz geringer Grenzen (weniger als 0,1%). Außerdem enthält die Luft sehr geringe Mengen von Kohlendioxyd (etwa 0,03%), Schwefeldioxyd und andere, zahlenmäßig nicht in Betracht kommende Beimengungen. Den Kest, rund 79 Volumprozent, hielt man sehr lange für ein Element, nämlich für reinen S t i c k s t o f f . Erst am Ende des 19. Jahrhunderts fand man, daß neben Stickstoff noch einige weitere Bestandteile in ihm enthalten sind, nämlich die sogenannten E d e l g a s e , die insgesamt etwa 1% ausmachen. Wir wollen nun zunächst .die Frage erörtern, ob die Luft eine V e r b i n d u n g aus Sauerstoff und Stickstoff ist oder ein Gemenge. In der konstanten Zusammensetzung könnte man einen Hinweis darauf sehen, daß das erstere der Fall ist. Doch ist die Luft keine Verbindung, sondern ein Gemenge, wie sich u. a. aus folgendem ergibt: Mischt man Sauerstoff und Stickstoff in dem gleichen Verhältnis, wie es in der Luft vorliegt, so beobachtet man kein Anzeichen einer chemischen Keaktion (etwa Erwärmung), und das erhaltene Gasgemisch besitzt die gleichen Eigenschaften wie die Luft. Auch das Verhalten der verflüssigten Luft zeigt, daß keine Verbindung, sondern ein Gemisch vorliegt; denn flüssige Luft besitzt nicht die Kennzeichen eines reinen, einheitlichen Stoffes, nämlich konstanten Schmelz- und Siedepunkt. Wie wir bereits S. 28 besprochen haben, verdampft aus flüssiger Luft zuerst in der Hauptsache Stickstoff nnd dann in immer stärkerem Maße Sauerstoff, wobei die Siedetemperatur dauernd steigt. Edelgase. Oben nannten wir als einen rund 1 Volumprozent ausmachenden Bestandteil der Luft die Edelgase. Über die Entdeckung dieser Stoffklasse sei folgendes angeführt: 1892 prüfte L o r d R a y l e i g h , ob die Dichte von Stickstoff, der aus Luft gewonnen war, die gleiche war wie die einer Probe, die er durch Zersetzung einer Stickstoffverbindung erhalten hatte (vgl. S. 105/6). Das Ergebnis war in hohem Maße überraschend. Es ergaben sich

VII. Die Zusammensetzung der Luft.

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nämlich Unterschiede in der Gasdichte: 1 Liter aus Stickstoffverbindungen gewonnener Stickstoff wog 1,2505 g, 1 Liter Stickstoff aus Luft dagegen 1,2572 g. Das war nur so zu erklären, daß im zweiten Falle noch ein anderes Gas größerer Dichte beigemengt war. Es gelang sowohl L o r d R a y l e i g h selbst als auch seinem Landsmann R a m s a y , dieses Gas zu isolieren. Als sie nämlich den Stickstoff durch verschiedene chemische Reaktionen entfernten, blieb immer ein Gasrest, der auf keine Weise mit irgendeinem anderen Stoff in Reaktion zu bringen war. Es war dies offenbar der gesuchte, bisher unbekannte Bestandteil der Luft. Wegen seiner Reaktionsträgheit gaben ihm die beiden Forscher gemeinsam den Namen A r g o n , Symbol Ar (von ägyo( = träge). Bald glückte es, weitere Gase mit ähnlichen Eigenschaften kennenzulernen. Aus radioaktiven Mineralien (vgl. dazu Kap. XXV) gewann man das schon bei —269° (4,2° abs.) siedende H e l i u m x ) (He), durch sorgfältige fraktionierte Destillation des verflüssigten rohen Argons K r y p t o n (Kr) und X e n o n (X). Außerdem kommt in der Luft noch das bei —246° siedende Neon vor 2 ). Mengenmäßig treten diese Gase allerdings neben dem Argon ganz zurück. Wegen ihrer Unfähigkeit, chemische Umsetzungen einzugehen, bezeichnet man die ganze Klasse als E d e l g a s e . Der edle Charakter dieser Gase geht so weit, daß sie sich nicht einmal mit sich selbst verbinden. Ihre Molekeln bestehen im Gegensatz zu 0 2 , N a , H 2 nur aus einem Atom. Das kann man allerdings nur durch rein physikalische Methoden ermitteln, auf die wir hier nicht näher eingehen können. Das Avogadro'sche Gesetz hilft hier nicht weiter; denn man hat ja keine Reaktion mit anderen Gasen zur Verfügung, die aus den Volumverhältnissen einen Rückschluß auf die Molekelgröße gestatten würde. Spektralanalyse. Für die Erkennung und die Reindarstellung der Edelgase war von besonderer Bedeutung, daß Gase leuchten, wenn sie unter niedrigem Druck'von Elektrizität durchströmt werden. Diese Erscheinung ist von den Geißler'sehen Röhren her allgemein bekannt. Bei den Edelgasen ist dieses Leuchten sogar besonders schön (vgl. Anm. 2). Zerlegt man das in einer solchen Eatladungs-Röhre erzeugte Licht mit einem Spektralapparat, so ergeben sich im allgemeinen scharfe Linien, die — und *) Der Name r ü h r t daher, daß man die Spektrallinien (vgl. unten) des Heliums schon vorher im Sonnenspektrum nachgewiesen hatte. 2 ) Die Gewinnung von Argon und Neon sowie neuerdings auch von Krypton aus der L u f t wird technisch durchgeführt, da man diese Gase f ü r die Füllung sowohl der 'arbig brennenden Eeklameröbren als auch der gewöhnlichen Glühbirnen benutzt. IC1 e m m , Anorganlsohe Chemie. 3

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VIII. Aggregatzustände; die Verflüssigung von Gasen.

das ist das Bedeutsame — für jedes Element charakteristisch sind und seine Erkennung ermöglichen. Auf diese Weise kann man die Bestandteile eines Gasgemisches erkennen. Diese S p e k t r a l a n a l y s e 1 ) ist in gemeinsamer Arbeit von dem deutschen Chemiker R. Bunsen 2 ) und seinem Heidelberger Amtsgenossen,dem Physiker B. K i r c h h o f f , begründet worden. Mankann für die Spektralanalyse nicht nur das durch Gasentladung erzeugte Licht (Funkenspektrum) benutzen, sondern auch die Färbungen, die das Licht eines Gasbrenners durch manche Stoffe erhält (Flammenspektrum). So färben z. B. alle Natriumverbindungen die Flamme gelb (vgl. auch Kap. XXVI und XXVII). Spektraluntersuchungen sind — abgesehen von den Meteoritenfunden — der einzige Weg, um etwas über die stoffliche Zusammensetzung der a n d e r e n W e l t k ö r p e r zu erfahren. Man hat festgestellt, daß alle Gestirne aus den gleichen Elementen aufgebaut sind wie die Erde. Ferner sind die Spektren in ihrer verschiedenen Form (Funken-, Bogen-, Flammenspektren) neben den chemischen Erfahrungen die wichtigste experimentelle Grundläge für die Erforschung des Aufbaues der A t o m e , mit dem wir uns im Kap. XXV näher befassen werden.

YIII. Aggregatzustände; die Verflüssigung von Gasen. Bekanntlich kennt man drei Aggregatzustände: Gase, die jeden vorgegebenen Raum ausfüllen, Flüssigkeiten, die sich ebenfalls der Form eines Gefäßes beliebig anpassen, aber ein bestimmtes Volumen haben, und feste Stoffe, die eine feste äußere Gestalt besitzen. Aggregatzustände und kinetische Theorie. Wie ist nun das Auftreten der verschiedenen Aggregatzustände im Sinne der S.22 erwähnten k i n e t i s c h e n Theorie zu verstehen? Die einzelnen Molekeln eines Stoffes üben aufeinander Anziehungskräfte aus. In Gasen bei höherer Temperatur und kleinen Drucken kommen diese allerdings wegen der lebhaften Bewegung der Teilchen und der großen Abstände zwischen den Molekeln nur wenig zur Geltung; sie bewirken geringe Abweichungen von ') Diese Bezeichnung zeigt, daß der Ausdruck „Analyse" sich über die ursprüngliche Bedeutung hinaus erweitert hat. Man bezeichnet jetzt damit alle Methoden, die die Erkennung (und mengenmäßige Bestimmung) eines Bestandteiles gestatten. •) Robert Wilhelm B u n s e n (1811—1899), der auf den verschiedensten Gebieten, namentlich der anorganischen und physikalischen Chemie, Bedeutendes geleistet hat, ist weiten Kreisen durch die Erfindung des Bunsenbrenners nnd anderer wichtiger Laboratoriumsgeräte bekannt geworden.

VIII. Aggregatzustände; die Verflüssigung von Gasen.

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den Gesetzen für ideale Gase. Sinkt nun die Temperatur, so tritt die Molekelbewegung immer mehr zurück, bei gleichbleibendem Druck sinkt das Volumen und damit der mittlere Molekelabstand. Dies führt dazu, daß bei einer bestimmten Temperatur bei einem gegebenen äußeren Druck die Anziehungskräfte zur Verflüssigung des Gases führen. Auch in der F l ü s s i g k e i t bleibt eine gewisse Beweglichkeit der Teilchen erhalten. Sie bewirkt, daß die Molekeln eine gewisse Tendenz haben, aus der Flüssigkeit in den Gasraum herauszutreten. Dies äußert sich darin, daß alle Flüssigkeiten, wie wir es S. 31 für das Wasser besprachen, einen „Dampfdruck" besitzen. Da die Kohäsionskräfte sich mit der Temperatur nicht sehr stark ändern, die Molekel-Bewegung dagegen mit fallender Temperatur geringer wird, so nimmt dieser Dampfdruck mit fallender Temperatur ebenfalls ab. In einer Flüssigkeit sind die Molekeln in der nächsten Nachbarschaft eines einzelnen Teilchens bereits als geordnet anzusehen, nicht jedoch auf größere Entfernungen, weil ihre Bewegung es verhindert, daß sich ein vollständig geordneter Zustand einstellt. Erst wenn die Temperatur noch stärker sinkt, hört die freie Beweglichkeit der Einzelteilchen weitgehend auf; die Flüssigkeit erstarrt zum f e s t e n S t o f f , d. h. zum Kristall oder zum Glas 1 ). Inden K r i s t a l l e n , die schon äußerlich durch die Ausbildung gesetzmäßig angeordneter Begrenzungsflächen (Würfel, Oktaeder u. ä.) ausgezeichnet sind, bilden die einzelnen Teilchen einen sich über den ganzen Kristall erstreckenden geometrisch strengen Verband, in dem jedem Teilchen ein ganz bestimmter Platz zukommt; einige wenige Plätze sind — namentlich bei höheren Temperaturen — nicht besetzt, dafür finden sich einige Teilchen auf „Zwischengitterplätzen". Da hierdurch sowie durch Schwingungen der Teilchen um die Ruhelagen eine gewisse Bewegung erhalten bleibt, so besitzen auch feste Stoffe noch einen gewissen Dampfdruck; ferner sind auf diese Weise Diffusionsvorgänge in festen Körpern u. a. verständlich. FeiDbau der Kristalle. Über die Anordnung der Teilchen im Kristall sind wir heute in vielen Fällen gut unterrichtet, weil — wieM. v. L a u e 1912 f a n d — die Kristalle mit R ö n t g e n s t r a h len bestimmte Beugungserscheinungen ergeben, die die Ermittelung des F e i n b a u e s der K r i s t a l l e gestatten. Als ein Beispiel gibt Abb. 6 b (Kap. X V ) ein Schema des Aufbaus eines Kochsalz-Kristalls. Zustandsdiagramm. Trägt man die Dampfdrucke eines Stoffes, etwa von Wasser, im festen und flüssigen Zustande in Ab') Über Gläser s. Kap. X X V I I .

3*

36

VIII. Aggregatzust&nde; die Verflüssigung von Gasen.

Brack

Abb. 4.

hängigkeit von der Temperatur auf (vel. Abb. 4), so erhält man zwei Kurven (BA bzw. AC), die sich im Schmelzpunkte schneiden. Unterhalb dieser beiden Kurven ist das Gebiet des gasförmigen Zustandes. Oberhalb der Kurve BA befindet sich das Existenzgebiet von Eis, oberhalb von AC das von flüssigem Wasser. Um diese Darstellung zu einem vollständigen Z u s t a n d s d i a g r a m m zu erweitern, müssen wir noch die Grenzkurve (AD) zwischen Eis fCelslm und flüssigem Wasser einzeichnen. Da der Schmelzpunkt nur ganz

Zustandsdiagramm des Wassers,

wenig v o m Druck a b h ä n g t , ist A D

nahezu eine Parallele zur Druckachse. Im Punkte A sind also drei „ P h a s e n " , nämlich gasförmig, flüssig und fest, miteinander im Gleichgewicht. Aus diesem Diagramm kann man ohne weiteres ersehen, wie man einen Stoff aus einem Aggregatzustande in den anderen überführen kann. Dabei wollen wir uns auf den einfachsten Fall beziehen, daß nur ein einziger Stoff, etwa W a s s e r , vorhanden ist und keine Beimengung, etwa Luft. Gehören die Werte von Druck und Temperatur einem Punkt unterhalb der Dampfdruckkurve an, etwa a, so liegt das Wasser bei Einstellung des stabilen Zustandes in Dampfform vor. Erhöhen wir nun bei konstanter Temperatur den Druck, so überschreiten wir — wie es gestrichelt eingezeichnet ist — die Dampfdruckkurve und kommen in das Existenzgebiet der Flüssigkeit. Es tritt Verflüssigung ein, sobald der äußere Druck eine Kleinigkeit größer als der Dampfdruck geworden ist. Gehen wir umgekehrt bei konstantem Druck auf tiefere Temperaturen — punktierte Kurve —, so schneiden wir erst die Dampfdruckkurve AC, es tritt Verflüssigung ein, und dann die Schmelzkurve AD, der Stoff erstarrt. Gehen wir dagegen von b nach links, so kommen wir direkt von der gasförmigen zur festen Phase. Mit Hilfe eines solchen Zustands-Diagramms ist es also möglich, das Verhalten eines Stoffes bei jedem beliebigen Wert von Druck und Temperatur anzugeben. Kritische Temperatur. Die Kurve AC geht nun nicht bis zu beliebig hohen Temperaturen. Je höher die Temperatur wird, destp

VIII. Aggregatzustände; die Verflüssigung von Gasen.

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mehr steigt der Dampfdruck. Erhitzt man daher eine Flüssigkeit in einem geschlossenen Gefäß, so wird die Dichte der Gasphase immer größer; da umgekehrt die Dichte der Flüssigkeit wegen der Wärmeausdehnung immer mehr abnimmt, so erreicht man schließlich bei einer bestimmten Temperatur den Zustand, daß die Dichten von Gas und Flüssigkeit, gleich werden. Man erkennt dies daran, daß die Flüssigkeitsoberfläche verschwindet und der ganze Inhalt des Gefäßes eine einzige homogene Phase wird. Bei dieser „kritischen" Temperatur hat also die Dampfdruckkurve AC, die die Existenzgebiete von Gas und Flüssigkeit trennt, ein Ende, da dann nur noch eine Phase vorhanden ist. Verflüssigung von Gasen. Da es oberhalb der kritischen Temperatur nicht mehr zwei Phasen (Gas und Flüssigkeit) gibt, so ist oberhalb dieser Temperatur eine Verflüssigung auch durch noch so großen Druck nicht zu erreichen. Ehe man dies erkannt hatte, glaubte man, daß eine Verflüssigung von Gasen wie Sauerstoff, Stickstoff usw. auch bei Zimmertemperatur möglich sein müsse, wenn nur die Drucke genügend erhöht würden. Diese Versuche mußten negativ verlaufen, da die kritischen Temperaturen dieser beiden Gase viel tiefer liegen (— 119 bzw. —147°). Erst nachdem man unter diese Temperaturen abküldte, erwies sich eine Verflüssigung als durchführbar. Die Erreichung derartig tiefer Temperaturen ist u. a. auf Grund einer zunächst sehr unscheinbaren Erscheinung, des sogenannten J o u l e - T h o m s o n - E f f e k t e s ; möglich. Wie bereits S. 34/35 erwähnt, treten bei den Gasen Anziehungskräfte zwischen den Einzelmolekeln auf. Wenn man daher ein komprimiertes Gas entspannt, so daß es sich ausdehnt, so muß es gegen diese Anziehungskräfte Arbeit leisten. Die dazu erforderliche Energie gewinnt es dadurch, daß es die in ihm selbst vorhandene Wärmeenergie teilweise verbraucht, sich also abkühlt. Die V e r f l ü s s i g u n g d e r L u f t gelang L i n d e auf folgendem Wege: Stark komprimierte Luft wird entspannt. Das so erhaltene kältere Gas wird benutzt, um einen neuen Anteil komprimierter Luft vorzukühlen. Wenn dieser so schon vorgekühlte Anteil entspannt wird, so erhält man natürlich eine niedrigere Temperatur als das erste Mal. Dieses Gas kühlt wieder neue komprimierte Luft,, die wieder entspannt wird usw. Durch dauernde Wiederholung dieses Vorganges sinkt die Temperatur schließlich so stark, daß sich die Luft verflüssigt. Wir haben hier also wieder ein typisches Beispiel für das Gegenstromprinzip.

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IX. Atom- und Molekulargewicht.

IX. Atom- und Molekulargewicht. Seit dem Bestehen der Atomtheorie war es naturgemäß eine wichtige Aufgabe, das Gewicht der verschiedenen Atome zu bestimmen. Diese Aufgabe schien zunächst nicht lösbar; man ging daher an eine Teillösung: Man bestimmte das relat i v e Gewicht der Atome, bezogen auf das Gewicht eines Wasserstoffatomes als Bezugsgröße, gab also dem Wasserstoff das Atomgewicht 1. Die Bestimmung des A t o m g e w i c h t e s irgendeines Elementes beantwortete also die Frage nach dem Quotienten:

Gewicht eines Atomes des betr. Elementes —. . — ... , . Gewicht eines Atomes Wasserstoü

„

Das

Atomgewicht ist also eine dimensionslose Verhältniszahl. Das Atomgewicht des S a u e r s t o f f s ergibt sich nun auf folgende "Weise: Nach S. 19 verhält sich der gewichtsmäßige Anteil von Wasserstoff und Sauerstoff im Wasser wie 1: 7,95. Da nach S. 25 die Formel des Wassers H 2 0 ist, kommen auf ein Atom Sauerstoff 2 Atome Wasserstoff; das Atomgewicht x des Sauerstoffs — bezogen auf Wasserstoff = 1 — ist also nach dem Ansatz: x/2 = 7,95 gleich 2 • 7,95, d. h. 15,9. Im Laufe der Zeit zeigte es sich, daß es nicht praktisch ist, den Wasserstoff als Bezugsgröße zu benutzen; denn man geht zu Atomgewichtsbestimmungen in der Regel nicht von Wasserstoff-, sondern von Sauerstoff- oder neuerdings besonders gern von Chlor- oder Bromverbindungen (über diese Elemente vgl. Kap. X I I u. XVII) aus. Bezieht man daher auf Wasserstoff, so geht in die Berechnung immer noch das Gewichtsverhältnis von Sauerstoff (bzw. von Chlor oder Brom) zu Wasserstoff ein, das sich nicht sehr bequem mit der hier erforderlichen Genauigkeit bestimmen läßt. Man ist daher dazu übergegangen, nicht den WTasserstoff, sondern den S a u e r s t o f f als Grundlage für die Atomgewichte zu benutzen und ihm defintionsgemäß das Atomgewicht 16,0000 zu geben. Das Atomgewicht von Wasserstoff wird dadurch natürlich im Verhältnis 16/15,9 größer als 1; der neueste Wert ist 1,0080.

Wenn man bei g a s f ö r m i g e n Elementen die Anzahl der Atome in der Molekel kennt, so ist zur Bestimmung des Ato mgewichtes der Umweg über eine Verbindung gar nicht cr^

IX. Atom- und Molekulargewicht.

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forderlich. Nach dem A v o g a d r o ' s c h e n Gesetz enthalten ja gleiche Volumina verschiedener Gase bei sonst gleichen Bedingungen die gleiche Zahl von Molekeln. Die Gasdichten müssen sich also verhalten wie die Gewichte der Einzelmolekeln. Das als Bezugsgröße erforderliche „ M o l e k u l a r g e w i c h t " des Sauerstoffs ist, da die Formel des Sauerstoffs 0 2 ist, gleich dem doppelten Atomgewicht des Sauerstoffs, also 32,0000 ( = 2 • 16,0000). Wenn man also beispielsweise die Gasdichte 1 ) des Stickstoffs (d N j ) und die des Sauerstoffs ,A , » , dNs Mol. Gew. N (d • Das so 0 a ) gemessen hat, so gilt: 3200(X) ermittelte Molekulargewicht des Stickstoffs ist dann gleich dem doppelten Atomgewicht. Nicht immer ist die Bestimmung des Atomgewichts so einfach, wie wir es für Sauerstoff zeigten, weil wir meist die Formeln der Verbindungen nicht ohne weiteres ermitteln können. Beim Wasser war dies besonders einfach, weil Ausgangsstofie und Reaktionsprodukt gasförmig waren, so daß wir das A v o g a d r o ' s c h e Gesetz heranziehen konjiten. Wie man auch in solchen Fällen, in denen dies nicht der Fall ist, die Formel und damit aueh das Atomgewicht ermitteln kann, sei für die Sauerstoffverbindungen des K u p f e r s gezeigt. Wir kennen hier zwei Oxyde, ein schwarzes, sauerstofireicheres, und ein rotes, sauerstoffärmeres. Bei der Reduktion mit Wasserstoff erhalten wir in beiden Fällen Metall. Ein Versuch möge folgende Werte ergeben haben: 3,3675 g des schwarzen Oxyds lieferten 2,6901g Metall, 4,2007 g des roten 3,7309 g. Der dem Sauerstoffgehalt entsprechende Gewichtsverlust betrug also 0,6774 bzw. 0,4698g. Auf 1 g Metall kamen demnach bei dem schwarzen Oxyd 0,2518 g Sauerstoff,bei dem anderen 0,1259g, also halb so viel. Um nun zu der F o r m e l der beiden Oxyde zu kommen, ') Bei genauen Messungen muß zur Berücksichtigung der Abweichungen vom idealen Gaszustand auf den Druck Null extrapoliert werden.

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IX. Atom- und Molekulargewicht.

gehen wir zunächst von dem Gesichtspunkt aus, daß die einf a c h s t e n Formeln die wahrscheinlichen sind (vgl. dazu S. 24). In Frage kommen also: a) schwarzes Oxyd CuO, rotes Cu 2 0; b) schwarzes Oxyd Cu0 2 , rotes CuO. Beide Formulierungen sind zunächst gleichberechtigt. Das A t o m g e w i c h t x ist nach a) durch folgende Proportion gegeben: x/16 = 1/0,2518 bzw. 2x/16 = 1/0,1259. Daraus folgt x = 63,54. b) ergibt x / 2 - 1 6 = 1/0,2518 bzw. x/16 = 1/0,1259. Also x = 127,08. Zur Entscheidung zwischen diesen beiden Möglichkeiten kann man eine von den französichen Forschern D u l o n g und P e t i t 1818 gefundene Kegel benutzen: Das Produkt aus der spezifischen Wärme bei Zimmertemperatur und dem Atomgewicht, die A t o m w ä r m e , liegt bei der überwiegenden Mehrzahl der Elemente nahe bei 6 cal/Grad u. Grammatom 1 ). Nun beträgt die spezifische Wärme des Kupfers bei Zimmertemperatur rund 0,092 cal/Grad u. g. Das Produkt aus spezifischer Wärme und Atomgewicht wäre also gemäß a) 63,6 • 0,092=5,8, gemäß b) 127 • 0,092 — 11,7 cal/Grad u. Grammatom. Es ist also nur der unter a) errechnete Wert mit der DulongPetit'schen Regel verträglich. Das Atomgewicht des Kupfers ergibt sich also aus unserem Versuch zu 63,54; das schwarze Oxyd hat die Formel CuO, das rote Cu 2 0. Schon bei der Aufstellung des ersten Atomgewichtssystems durch B e r z e l i u s hat sich die von M i t s c h e r l i c h erkannte Regel als wichtig erwiesen, daß analog zusammengesetzte Verbindungen ähnliche Kristaügestalt besitzen und Misch- 2 ) und Überwachsungskristalle bilden, d. h. i s o m o r p h sind. Die Bedeutung dieser Regel für die Atomgcwichtsbestimmungen sei an folgendem Beispiel dar') Eine kleine Kalorie (cal) ist die Wärmemenge, die erforderlich ist, um 1 g Wasser von 14,5° auf 15,5° zu erwärmen. 1000 cal bezeichnet man als große oder Kilo-Kalorie (kcal). Über Grammatom vgl. S. 41. •) Ein M i s c h k r i s t a l l stellt gleichsam eine kristallisierte Lösung dar (feste LÖBung). Er ist homogen wie diese, aber geordnet aufgebaut wie ein Kristall. Z. B. entsteht ein Mischkristall von NaCl mit NaBr aus einem NaClKristall dadurch, daß an Stelle einzelner Ci-Teilchen Br-Teilchen treten.

IX. Atom- and Molekulargewicht.

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gelegt: Es ist im festen Zustande nur ein Oxyd des Aluminiums bekannt. Das Prinzip der Einfachheit würde die Formel AlO vorlangen. Da aber das Aluminiumoxyd dem Eisenoxyd der Formel Fe 2 O s isomorph ist, muß man auch die Formel des Aluminiumoxydes zu A12Os annehmen und die bei der Analyse gefundenen Zahlen nach diesen Atomverhältnissen für das Atomgewicht auswerten.

Diese Betrachtungen über Atomgewichte zeigen, daß gleiche Gewichtsmengen verschiedener Elemente vom Standpunkte des Chemikers aus keine vergleichbaren Mengen darstellen. 1 g Wasserstoff enthält ja viel mehr Atome als 1 g Sauerstoff, weil das Atomgewicht des Wasserstoffs viel geringer ist. Man bezieht daher Zahlenangaben in der Chemie stets auf solche Mengen, die den Atomgewichten proportional sind. Gewöhnlich wählt man „ G r a m m - A t o m e " , d. h. also 1 g Wasserstoff, 16 g Sauerstoff usw., und bezieht alle gemessenen Größen auf diese Gewichtsmenge, wie wir es soeben bei der Atomwärme gesehen haben. Handelt es sich um Verbindungen, so pflegt man in genau entsprechender Weise mit „ G r a m m - M o l e k e l n " , abgekürzt „Mol", zu rechnen. Ein Mol H 2 0 bedeutet also 18 g HjO. Auch bei Elementen kann man von Mol sprechen. So ist 1 Mol Sauerstoff 32,0000 g. Mit der Einführung der Atom- und Molekulargewichte werden die chemischen Symbole gleichzeitig Gewichtsangaben und die chemischen Gleichungen G e w i c h t s gleichungen. Z. B. liefert die Formel CuO des schwarzen Kupferoxydes den Kupfergehalt (x) dieser Verbindung; denn es gilt x/100 = 63,54/79,541). Der Kupfergehalt beträgt also 79,9%. Ferner bedeutet: 2 H 2 + 0 2 = 2 H 2 0, daß 4,0320 g Wasserstoff mit 32,0000 g Sauerstoff 36,0320 g Wasser ergeben. Besonders einfach werden die G a s g e s e t z e , wenn man von den verschiedenen Veränderlichen die Menge auf jeweils 1 Mol, also beispielsweise 32,0000 g 0 ? oder 2,0160 g H 2 festlegt. Das Avogadro'sche Gesetz ergibt ja ohne weiteres, daß dann— Gleichheit ') 63,54 Atomgewicht von Cu; 79,54 ( = 63,54 + 16,00) Molekulargewicht von CuO (vgl. dazu aber S. 62).

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IX. Atom- und Molekulargewicht.

von Temperatur und Druck vorausgesetzt — die Volumina aller Gase gleich werden. Für Normalbedingungen, 0° und 760 mm, erhält man dieses Volumen z. B. aus der Gasdichte des Wasserstoffs (0,089870 g/ccm) zu 2,0160/0,089870 = 22,43 Liter 1 ). Das auf 1 Mol bezogene Gasgesetz nimmt also folgende Form an: p •v = - ^ y

1

^ • T = 0,08207 • T = R • T Liter-Atmosphären 3 ).

Die Produkte p • v bzw. R • T stellen eine Energiegröße dar, nämlich Liter-Atmosphären. Drückt man p • v in kleinen Kalorien aus, so wird R = 1,985 cal/Grad u. Mol. Anhang: Das absolute Gewicht der Atome. Die Frage nach dem a b s o l u t e n Gewicht der Atome wurde bereits 1865 von dem Wiener Physiker L o s c h m i d t erstmalig beantwortet. Heute kennt man eine ganze Reihe von Methoden, mit denen man das Verhältnis: Atomgewicht in Gramm . ,. . „ ,, ~—. , , , — = — t t — bestimmen kann. Diese Zahl, die man als Gewicht des Einzelatoms Loschmidt'sehe Zahl bezeichnet, ist natürlich identisch mit der Zahl der Molekeln in einem Mol, also bei Gasen unter Normalbedingungen in 22,41 Litern. Sie beträgt 6,023 • 1023. Dabei bedeutet bekanntlich 1023 eine 1 mit 23 darauffolgenden Nullen 4 ). lWasserstoffatom wiegt also q Qgg fo 23

=

' 1 0 - 2 4 g- In einem

' 6 023 • 1023 ccm Gas sind bei Normalbedingungen ^ — ^ = 2,69 • 1019 Molekeln vorhanden. Eine Vorstellung von diesen Zahlen ist schwer zu gewinnen; sie sind für das menschliche Vorstellungsvermögen nicht mehr faßbar. Wie groß sie sind, erkennt man vielleicht daran, daß die Zahl der auf der Erde lebenden Menschen etwa zwei Milliarden (2-109) beträgt; also erst auf etwa 14 Milliarden Erden würden so viel Menschen leben, wie der Zahl der Molekeln in 1 ccm Gas entspricht! Man könnte grundsätzlich statt mit den auf 16 bezogenen r e l a t i v e n Atomgewichten auch mit den a b s o l u t e n rechnen. Das ist ') Für 20°, also mittlere Zimmertemperatur, folgt ein Wert von 22,4 • 293/273 d. h. ~ 24 Litern. 2 ) Die Abweichung gegenüber der oben für Wasserstoff berechneten Zahl 22,43 rührt daher, daß der Wert 22,41 für ideale Gase gilt, während Wasserstoff wie alle realen Gase die Gesetze für idrale Gase nicht ganz 6trcng befolgt. Bei den meisten anderen Gasen sind die Unterschiede noch etwas größer. 3 ) Für eine beliebige Gasmenge (n Mole) gilt entsprechend: pv = n • BT; man kann somit durch die Bestimmung von p, v, T und Gasmenge das M o l e k u l a r g e w i c h t -ermitteln. ') 100 ist also 10', 1 = 10", 1/100 = 10"'.

X . Wertigkeit.

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für chemische Zwecke aber nicht zu empfehlen, vor allem deshalb nicht, weil die L o s c h m i d t ' s c h e Zahl noch immer mit einer Unsicherheit von etwa 0,03% behaftet ist, während bei vielen Atomgewichtsbestimmungen die heute erreichte Genauigkeit etwa 0,003% beträgt.

X. Wertigkeit. Der Wertigkeitsbegriff. Daß sich zwischen Wasserstoff und Sauerstoff nur e i n e s t a b i l e Verbindung der Formel H a O bildet, muß natürlich irgendwie mit dem Bau der Atome zusammenhängen. Auf diesen wird man auf Grund der chemischen Erfahrungen zurückschließen können, wenn man allgemeinere Gesetzmäßigkeiten über die Zahlenverhältnisse ermitteln kann, nach denen sich die verschiedenen Elemente miteinander verbinden. Wir wollen zeigen, wie man zu solchen Gesetzmäßigkeiten kommen kann. Andere Elemente als Sauerstoff verbinden sich mit Wasserstoff nach anderen Atomverhältnissen. So gibt Wasserstoff mit dem Element Chlor (Cl) eine Verbindung HCl, den Chlorwasserstoff, mit Stickstoff eine Verbindung NH3, das Ammoniak. Die Zahl der Wasserstoffatome, die gebunden werden können, ist also bei diesen drei Elementen verschieden, sie beträgt bei Chlor 1, bei Sauerstoff 2, bei Stickstoff 3. Schreibt man dem Wasserstoff als Bezugssubstanz die „ W e r t i g k e i t " 1 zu, dann ist Chlor im Chlorwasserstoff einwertig, Sauerstoff im Wasser zweiwertig, Stickstoff im Ammoniak dreiwertig. Vergleicht man nun die Zusammensetzung der Verbindungen, die die Elemente Lithium (Li), Calcium (Ca) und Aluminium (AI) mit den eben genannten Elementen bilden, so ergeben sich folgende Keihen: LiCl Li 2 0 Li 3 N

CaCl2 AlClj CaO ( = 1/2 Ca 2 0 2 ) A1203 Ca3N2 A1N(= 1/3A13N3).

Man erkennt sofort, daß die Formeln der Lithiumverbindungen völlig die gleichen sind wie die der Wasserstoffver-

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X. Wertigkeit.

bindungen; Lithium ist also in diesen Verbindungen ebenfalls einwertig. Auch bei der Zusammensetzung der Calcium- und Aluminiumverbindungen zeigen sich ähnliche Regelmäßigkeiten. So ist die Zahl der Calcium-Atome, die von je einem Chlor-, Sauerstoff- oder Stickstoffatom gebunden werden, 1/2,1, 3/2. Das Verhältnis ist also auch hier 1 : 2 : 3 . Die entsprechenden Zahlen beim Aluminium sind 1/3, 2/3,1, sie verhalten sich also ebenfalls wie 1 : 2 : 3 . Der Unterschied ist aber der, daß ein Calcium-Atom sich mit doppelt, ein Aluminium-Atom mit dreimal soviel Chlor (und auch Sauerstoff oder Stickstoff) verbunden hat wie ein Wasserstoff- oder Lithiumatom. Calcium tritt demnach in diesen Verbindungen zweiwertig, Aluminium dreiwertig auf. Das Bedeutsame ist nun, daß die in den oben genannten Verbindungen vorhandenen Wertigkeitszahlen in außerordentlich vielen Verbindungen vorkommen, ja daß bei vielen Elementen die Wertigkeit in nahezu allen Verbindungen die gleiche ist. So kennt man keine einzige Verbindung, in der der Wasserstoff eine andere Wertigkeit hat als 1. Auch Sauerstoff, Natrium, Calcium und Aluminium kommen in Verbindungen fast nur mit den oben genannten Wertigkeiten vor. Warum dies so ist, werden wir im Kap. XXV sehen. Beim Chlor und Stickstoff jedoch werden wir eine große Reihe von Verbindungen kennenlernen, für die dieses einfache Schema konstanter Wertigkeiten nicht ausreicht; diese beiden Elemente kommen vielmehr mit w e c h s e l n d e r Wertigkeit vor. Ähnliches haben wir auch beim Kupfer schon kennengelernt, das sowohl zweiwertig (im CuO) als auch einwertig (im Cu 2 0) auftreten kann. Benennung chemischer Verbindungen. Die B e z e i c h n u n g Kupferoxyd ist daher nicht eindeutig, da man nicht weiß, welches der beiden Oxyde gemeint ist. Es gab bisher verschiedene Bezeichnurgsweisen,um diesen Unterschied zu kennzeichnen, was sehr störend war. Durch die Internationale Union für Chemie sind jedoch 1940 unter maßgebender Mitwirkung deutscher Stellen Richtsätze

X. Wertigkeit.

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aufgestellt worden, die allgemein angewendet werden sollten. Wir nennen aber auch noch die alten Bezeichnungen, da man sie gelegentlich noch findet. V e r a l t e t sind folgende Bezeichnungen: a) Man bezeichnete die sauerstoffärmere Verbindung als Oxydul; also CuO Kupferoxyd, Cu 2 0. Kupferoxydul. b) Man hängte an den abgekürzten lateinischen Namen des Metalls bei der Verbindung höherer Wertigkeit ein i, bei der niederer Wertigkeit ein o an; CuO Cuprioxyd, Cu 2 0 Cuprooxyd. Nach den R i c h t s ä t z e n sollen folgende Bezeichnungen benutzt werden: a) Man gibt durch ein griechisches Zahlwort die Zahl der Atome in der Molekel an; die Bezeichnung „Mono" wird dabei in der Regel weggelassen. So pflegt man die Stickstoff-Sauerstoff-Verbindungen folgendermaßen zu bezeichnen: N 2 0 6 Distickstoffpentoxyd, N„0 4 Distickstofftetroxyd, NÖ; Stickstoffdioxyd, N 2 0 3 Distickstofftrioxyd, NO Stickstoffoxyd, N 2 0 Distickstoffoxyd. b) Während diese Bezeichnung für alle Verbindungen anwendbar ist, eignet sich die nachstehende, auf A. S t o c k zurückgehende Bezeichnung vor allem für salzartige Verbindungen: die Wertigkeit des Metalls wird durch eine römische Ziffer hinter den Namen des Metalls angegeben: Also CuO Kupfer(Il)-oxyd (gesprochen: Kupferzweioxyd), Cu 2 0 Kupfer (I)-oxyd. Äquivalentgewicht. Im Zusammenhang mit dem Wertigkeitsbegriff wollen wir noch einen in der P r a x i s des Chemikers viel benutzten Begriff nennen, der auch in der geschichtlichen Entwicklung des Atomgewicht-Systems eine große Rolle gespielt h a t : das Ä q u i v a l e n t g e w i c h t . D a r u n ter verstehen wir den Quotienten Das Äquivalentgewicht des Sauerstoffs ist also 16/2 = 8. K o m m t ein Element in verschiedenen Wertigkeitsstufen vor, so ist das Äquivalentgewicht keine Konstante, sondern es wechselt nach dem jeweiligen Zustande des Atoms. I m C u 2 0 z. B. ist das Äquivalentgewicht des Kupfers 63,57, im CuO ist es dagegen n u r halb so groß.

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XI. Wärmetönung und Affinität. XI. Wärmetönung und

Affinität.

Das Gesetz von der Erhaltung der Energie. Schon im Kapitel II hatten wir gesehen, daß bei chemischen Reaktionen Energieänderungen der verschiedensten Art vor sich gehen. So hatten wir zur Zerlegung von Wasser e l e k t r i s c h e Energie zugeführt, im Knallgas war c h e m i s c h e Energie aufgespeichert, bei der Vereinigung der beiden Gase wurde W ä r m e Energie abgegeben. Für alle derartigen energetischen Vorgänge gilt das von R o b e r t M a y e r 1842 erkannte Gesetz von der E r h a l t u n g der E n e r g i e , wonach in einem abgeschlossenen System die Gesamtsumme der Energie unverändert bleibt. Der Affinitütsbogrifl. Wir haben ferner gesehen, daß es Verbindungen gibt, in denen die Bestandteile sehr fest miteinander verbunden sind, und andere, in denen die Bindung eine sehr lockere ist. Ersteres ist z. B. beim Wasser der Fall, das letztere im Quecksilberoxyd. Man sagt, die „ A f f i n i t ä t " zwischen Wasserstoff und Sauerstoff ist groß, die zwischen Quecksilber und Sauerstoff dagegen klein. Man möchte nun für diese Affinität ein quantitatives Maß besitzen. B e r t h e l o t (1827—1907) hat angenommen, daß die bei einer Reaktion freiwerdende W ä r m e m e n g e („Wärmetönung") dieses Maß darstellt; Reaktionen, die unter starker Wärmeabgabe verlaufen (stark e x o t h e r m sind), sollen demnach auch eine große Affinität besitzen. Diese Annahme kann in dieser allgemeinen Form nicht richtig sein. So widerspricht ihr u. a. die Existenz von G l e i c h g e w i c h t e n . Wir haben ja bereits gesehen, daß Wasser bei hohen Temperaturen teilweise dissoziiert ist. Es erfolgt also nicht nur unter Wärmeabgabe Vereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff, bis die Gleichgewichtskonzentration erreicht ist, sondern es zersetzt sich auch Wasser, bis diese Zusammensetzung vorhanden ist. Auch diese Zersetzung erfolgt freiwillig, obgleich sie Wärme verbraucht, „ e n d o t h e r m " ist. Van 't H o f f 2 ) hat später gezeigt, daß bei konstanter Temperatur ein exaktes Maß für die Affinität in der Arbeit vorliegt, die ') Näheres vgl. B o t h , Thermochemie, Slg. Göschen Bd. 1057. •) Jacobus Henricus v a n ' t Hoff (1862—1911) hat zusammen mit Wilhelm O s t w a l d (1853—1932), S v a n t e A r r h e n i u s (1859—1927), Walther N e m s t (1864—1941) am Ende des vorigen Jahrhunderts die viele Jahrzehnte stark vernachlässigte „physikalische Chemie" zu neuem Leben erweckt.

X I . Wärmetönung and Affinität.

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ein System beim Übergang von seinem Ausgangszustand in den Gleichgewichtszustand maximal leisten kann. Solche Arbeit leistet z. B. der beim Sieden entstehende Wasserdampf, indem er den Druck der atmosphärischen Luft überwindet. Einen Weg, wie man bei chemischen Reaktionen diese Arbeit messen kann, werden wir später im Kapitel X X I X „Elektrochemie" kennenlernen. Diese Definition der Affinität durch v a n ' t H o f f ist jedoch auch noch nicht das, was der Chemiker sucht; denn die Lage des Gleichgewichts hängt ja u. a. von der Temperatur, dem Druck, der Zusammensetzung des Ausgangsgemisches ab (Näheres vgl. Kap. X X ) , und wir erhalten daher je nach den Bedingungen verschiedene Werte für die Affinität. Der Chemiker aber möchte für eine bestimmte Reaktion eine einzige Zahl haben, die die Affinität charakterisiert. Ein derartiges Maß für die Affinität hat sich nun durch Arbeiten von N e r n s t und P l a n c k ergeben. Die Schwierigkeiten liegen ja in erster Linie darin, daß die Reaktionen bei höheren Temperaturen nicht vollständig nach einer Seite verlaufen, sondern daß sich Gleichgewichte einstellen. Schaltet man dagegen den Einfluß der Temperatur aus, bezieht man sich also auf den absoluten Nullpunkt, so liegen alle Gleichgewichte bei vollständiger Umsetzung. Bei exothermen Reaktionen erfolgt restlos Bildung, bei endothermen vollständiger Zerfall der Verbindung. Beim absoluten Nullpunkt werden maximale Arbeit und Wärmetönung gleich; hier gilt das B e r t h e l o t ' s e h e Prinzip streng, während es bei Zimmertemperatur in der Regel angenähert gilt, solange keine Gase oder Lösungen auftreten; bei sehr hohen Temperaturen versagt es völlig. Die Wärmetönung beim absoluten Nullpunkt, die nach diesen Überlegungen das charakteristische Maß für die Affinität einer Reaktion darstellt, kann man nun allerdings nicht messen; denn einmal kann man den absoluten Nullpunkt nicht ganz erreichen — man ist ihm allerdings schon auf einige tausendstel Grade nahegekommen — , zum andern werden die Reaktionsgeschwindigkeiten bei sehr tiefen Temperaturen so klein, daß eine direkte Messung der Reaktionswärme meist unmöglich ist. Man kennt aber Methoden, nach denen man die bei höheren Temperaturen, etwa' bei Zimmertemperatur, gemessenen Wärmetönungen auf den absoluten Nullpunkt umrechnen kann. Thermochemie. Die experimentelle Bestimmung der W ä r met o n u n g ist nicht nur von theoretischer, sondern auch von praktischer Bedeutung; denn es ist für alle technischen Prozesse außerordentlich wichtig, die Wärmetönungen zu kennen. Die Bestimmung

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XII. Chlor und Chlorwasserstoff.

kann z. B. für die Vereinigung von Wasserstoff und Sauerstoff so erfolgen, daß man eine gemessene Menge von Wasserstoff in einem Gefäß verbrennen läßt, das sich in einer bekannten Menge Wassers befindet. Ist das ganze System gegen Wärmeverluste geschützt, z. B. durch Verwendung eines doppelwandigen evakuierten Gefäßes (Weinhold-Becher), so tritt die gesamte entwickelte Wärme als Temperaturerhöhung des Wassers auf. Die Reaktionswärme läßt sich daher aus der Temperatursteigerung, der Wassermenge und der spezifischen Wärme des Wassers berechnen. Die t h e r m o c h e m i s c h e G l e i c h u n g : 2 H l g a s f + O a g M f = 2H s O fl0s8_+136,6 kcal 1 ) besagt in Worten: Bei der Vereinigung von 4,03 g Wasserstoffgas und 32 g Sauerstoffgas zu 36,03 g flüssigem Wasser werden 136,6 kcal frei. Die „ B i l d u n g s w ä r m e " des Wassers pro Mol beträgt also 68,3 kcal. . Auf Grund des Gesetzes von der Erhaltung der Energie kann man mit solchen Gleichungen rechnen wie mit algebraischen. Wir wollen als Beispiel die B i l d u n g s w ä r m e von W a s s e r s t o f f p e r o x y d ausrechnen. Diese kann man direkt nicht bestimmen. Dagegen läßt sich die bei der Zersetzung vonH 2 0 2 zu H 2 0 + | 0 2 frei werdende Wärme messen; man erhält dabei die thermochemische Gleichung: 2H a O aflüS8 , wasserfrei 2 H a°flü 8 8 . + ( 0 2 ) + 47,0 kcal. Zieht man diese Gleichung von der Gleichung 2 ( H 2 ) + (0 2 ) = 2H a O flüag + 136,6 kcal ab, so ergibt sich, wenn man ordnet und kürzt: '(H 2 )+ (0 2 ) = H a O a f l ü 8 8 _ Wft88erfrel + 44,8 kcal.

XII. Chlor und Chlorwasserstoff.

Elektrolysiert man eine Lösung von Kochsalz in Wasser, so erhält man an der negativen Elektrode ein Gas, das wir schon kennen, nämlich Wasserstoff. Dieses kann natürlich ebensogut aus dem Kochsalz wie aus dem Wasser stammen. Wir werden im Kap. X X V I sehen, daß das letztere der Fall ist. An der positiven Elektrode entsteht aber ein uns bisher unbekanntes Gas, das nicht aus dem Wasser stammen kann. Es ist gelbgrün, besitzt einen stechenden Geruch und reizt die In solchen thermochemischen Gleichungen bezeichnet man oft den gasförmigen Zustand durch runde, den festen durch eckige Klammern; für den flüssigen Zustand hat man sich noch nicht auf eine bestimmte Bezeichnung geeinigt. In "Wasser gelösten Stoffen gibt man den Index aq (von aqua). Die obige Gleichung kann man daher auch schreiben: 2 ( H , ) t ( 0 , ) = 2H,0j|_ + 136.6 kcal.— Der Gebrauch der Vorzeichen + und — in solchen Gleichungen Ist leider immer noch nicht einheitlich.

XII. Chlor und Chlorwasserstoff.

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Schleimhäute stark. Da es sich als unzerlegbar erwiesen hat, liegt ein Element vor, dem man wegen seiner Farbe (^Awpog gelbgrün) den Namen Chlor (Cl) gegeben hat. Chlor ist ein außerordentlich reaktionsfähiger Stoff. So entzündet sich weißer Phosphor in Chlor und verbrennt zu Phosphorchlorid. Ebenso glüht schwach erwärmtes Antimonpulver auf, wenn man es in Chlorgas schüttet. Die Reaktionsfähigkeit des Chlors gegenüber manchen Metallen verschwindet, wenn Wasser auch in Spuren nicht vorhanden ist. So greift es in ganz trockenem Zustande Eisen nicht an und kann daher in verflüssigter Form in Stahlflaschen oder sonstigen Druckgefäßen aufbewahrt und in Tankwagen usw. versandt werden. Besonders wichtig ist das Verhalten von Chlor gegenüber Wasserstofl. Eine Wasserstoffflamme brennt in Chlorgas mit fahlgrüner Flamme weiter. Daß dabei gemäß der Gleichung H a + CI2 = 2HC1 C h l o r w a s s e r s t o f f g a s entsteht, wurde schon S. 24 besprochen. Das Gemisch von Wasserstoff und Chlor ähnelt dem Knallgas. Wie dieses ist es bei Zimmertemperatur beständig. Entzünden wir es, so erfolgt auch hier die Vereinigung unter heftigem Knall. Man bezeichnet es daher auch als „ C h l o r k n a l l g a s " . Auffällig ist nun, daß die Reaktion auch durch L i c h t ausgelöst werden kann, so z. B. durch Belichten mit einer Bogenlampe. Durch die Einstrahlung von Licht wird nämlich dem System Energie zugeführt, so daß Chlormolekeln in Atome gespalten werden. Diese leiten dann die Reaktion ein, die dann als sogenannte „ K e t t e n r e a k t i o n " weiterläuft: 1) Cl + H 2 - * HCl + H ; 2) H + Cl2 -> HCl + CL Dabei bilden die Reaktionen 1) und 2) die Glieder einer fortlaufenden Kette, die erst dann abreißt, wenn z. B. nach der Gleichung Cl + Cl = Cl2 die Cl-Atome verschwinden. Bei dieser „ p h o t o c h e m i s c h e n " Auslösung der Knallgasreaktion erweist sich die F a r b e des Lichtes von größter Bedeutung; das langwellige, rote Licht ist nämlich ohne Einfluß, nur die blauen und violetten, d. h. also die kurzwelligen Strahlen erweisen sich als wirksam, weil Chlor nur in diesem Gebiet Licht absorbiert. C h l o r w a s s e r s t o f f ist farblos und von stechendem Geruch; an der Luft bildet er Nebel,. Dies hängt damit zusammen, daß er sich begierig und unter starker WärmeKlemm, Anorganische Chemie. 4

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XIII. Säuen, Basen, Salze.

entwicklung in Wasser löst und infolgedessen mit dem Wasserdampf der Luft Flüssigkeitströpfchen bildet. Die wässerige Lösung des Chlorwasserstoffs bezeichnet man als Salzsäure. Die D a r s t e l l u n g von Chlorwasserstoff kann auch aus Kochsalz direkt erfolgen, indem man konzentrierte Schwefelsäure darauf einwirken läßt. Um diese Umsetzung verstehen zu können, müssen wir die Zusammensetzung dieser beiden Stoffe kennen. Kochsalz enthält neben Chlor noch Natrium, es hat die Formel NaCl, während die Schwefelsäure gemäß der Formel H 2 S0 4 aus Wasserstoff, SauerstoS und Schwefel zuammengesetzt ist. Die Gleichung der Umsetzung ist demnach: 2NaCl + H 2 S0 4 = 2 HCl + Na 2 S0 4 1 ). Wir haben hier ein typisches Beispiel einer d o p p e l t e n U m s e t z u n g von uns: ein Natrium-Teilchen kann gewissermaßen seinen Platz mit einem Wasserstoff tauschen. Aus Chlorwasserstoff kann man leicht wieder Chlor gewinnen. So liegt z. B. das Gleichgewicht: 4HC1 + 0 2 ^ 2 H 2 0 + 2C12 bei nicht zu hohen Temperaturen weitgehend zu gunsten des Chlors auf diese Weise hat man früher Chlor technisch gewonnen (D e a c o nProzeß). Starke Oxydationsmittel wie Braunstein (Mangandioxyd Mn0 2 ) führen Salzsäure bei Zimmertemperatur in Chlor über: Mn0 2 + 4HC1 = MnCl2 + 2H 2 0 + Cl2.

XIII. Säuren, Basen, Salze. Vorbemerkung: Zusammenstellung der Elementsymbole. In den folgenden Abschnitten werden wir auch auf einige Verbindungen von Elementen eingehen müssen, die wir noch nicht besprochen haben. Es sei daher eine Zusammenstellung der Symbole aller beständigen Elemente vorausgeschickt, in der die wichtigsten fettgedruckt sind. T a b e l l e 1. Actinlum Aluminium Antimon Argon Arsen Barium Beryllium

Ac AI Sb Ar Aa Ba Be

Biel Bor Brom Cadmium Caeslum Calcium Cer

») Vgl. aber auch 3 . 63.

Pb 13 Br Cd Cs Ca Ce

Chlor Chrom Dysprosium Elsen Erbium Europium Fluor

CI Cr Dy Fe Er Eu F

XIII. Säuren, Basen, Salze.

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Tabelle 1 (Fortsetzung). Gadolinium Gallium Germanium Gold Hafnium Helium Holmium Indium Iridium Jod Kalium Kobalt Kohlenstoff Krypton Hupfer Lanthan Lithium Lutetium Magnesium Mangan Molybdän Natrium Neodym

Gd Ga Ge Au Hf He Ho In Ir J K Co C Kr Cu La Li Lu Mg Mu Mo \a UNd

Neon Nickel Niob Osmium Palladium Polonium Phosphor Platin Praseodym Protactinium Quecksilber Eadium Radon Rhenium Rhodium Rubidium Ruthenium Samarium Sauerstoff Scandium Schwefel Selen Silber

Ne Ni Nb Oa Pd Po P Pt Pr Pa Hg Ra En Re Rh Rb Ru Sm 0 Sc S Se Ag

Silicium Stickstoff Strontium Tantal Tellur Terbium Thallium Thorium Thulium Titan Uran Vanadin Wasserstoff Wismut Wolfram Xenon Ytterbium Yttrium Zink Zinn Zirkonium

SI N Sr Ta Te Tb T1 Tb Tm Ti U V H Bi W X Yb Y Zu Sn Zr

Säuren. Man erkennt das Vorliegen einer Säure an dem sauren Geschmack der Lösung sowie an der Wirkung auf gewisse Pflanzenfarbstoffe, z. B. Lackmus. Säuren f ä r b e n blaue L a c k m u s l ö s u n g e n rot. Für die weitere Besprechung seien zunächst besonders wichtige Säuren und ihre Formeln angeführt: Salzsäure HCl Phosphorsäure H3PO4 Schwefelsäure H 2 S0 4 Kohlensäure H 2 C C 1H OC

88 Ra 226,05 90 Th 232,12

72 Hf 178,6 82 Pb 207,21

10

56 Ba 55 Cs 137,36 132,91 79 Au 80 Hg . 200,61 197,2

iN

54 X 131,3

s, « M v

18Ar 39,944

43 (Te) 44 Ru 45 Rh 46 Pd | 101,7 102,91 106,7 53 J 54 X 126,92 i 131,3 l 73 Ta 1 74 W I 76 Re 176 Os 77 Ir 78 Pt 183,92 186,31 190,2 193,1 195,231 180,88 86Rn 83 Bi 84 Po 85 (At) 1 209,00 t 1 222 92 U 238,07

Eft

41 Nb 42 Mo 92,91 95,95 61 Sb 52 Te 121,76 127,61

24 Cr 62,01 34 Se 78,96

26 Fe 27 Co 28 Ni 25 Mn 64,93 55,85 58,94 58,69 35 Br 79,916

17 CI 35,457

16 S 32,06

2 He 4,003

k*

40 Zr 91,22 50 Sn 118,70

22 Ti 47,90 32 Ge j 72,60

15 P 30,98

j

«CTMoo

37 Rb 85,43 47 Ag 107,880

21 Se 45,10 31 Ga 69,72

19 K 20 Ca 39,096 40,08 29 Cu 30 Zn 63.54 65,38

14 Si 28,06

9 F 19,00

o«

80 1 16,0000 |

wechselnd

ffl oi

36 Kr 83,7

03 HH O c* ••H CD

18 Ar 39,944

ja

W

o a 2 3 3 °

13 Al 26,97

CS s

12 Mg 24,32

-Q > -H o t-H O o

s

11 Na 22,997

CS s

10 Ne 20,183

t>

«« o »oN

7 N 14,008

-Q o «1

a

4 Be 9,013

cS

ffi S S

3 Li 6,940

CS

1

2 He 4,003

> 1

MO

1

IH 1,0080

> MH

t-H

MH

VIII

o 0 ìù 01

"e

tfestesMgiPb i» MaAtO 60 SO fOO 80 60 i'imants (Widia), das z . B . als Drehstahl ungewöhnlich große Schnittgeschwindigkeiten erlaubt.

Autoren-Register. Arrhenius 46, 57 Auer v. Welsbach 142 Avogadro 21, 22, 23 Becquerel 123 Berthelot 46 Berzelius 20, 23, 40, 61 Biltz, W. 164 Bodensteia 79 B o h r 122 Bosch 99 Boudouard 114, 172 Boyle 11, 16 B r a u n 85 Bunscn 34, 130 Clusius 124 Curie, F r a u 123 D a l t o n 20, 21 Davy 131 Dulong 40 F a r a d a y 67, 154

Gay-Lussac 16, 21, 22 Goldschmidt 139 Giildherg 87 F a b e r 99 Balm 123 v. H u m b o l d t 21, 22 Kirchhoff 34 Knietsch 78 Kossei 61 v. Laue 35 Lavoisier 18, 28, 51 Leblanc 134 Le Chatelier 85 Liebig 8, 98, 151 Linde 37 Loschmidt 42 Mariotte 16 Mayer, R. 46 Mendelejeff 93 Meyer, L. 93 Mitscherlich 40

Moissan 72 Nernst 46, 47, 86, 155 Ostwald 46, 89 Petit 40 Planck 47 Priestley 29 Kamsay 33 Lord Rayleigh 32, 33 Ituff 73 Lord R u t h e r f o r d 122, 123 Scheele 29 Solvay 136 Stahl 28 Stock 45 Tarn mann 165 van *t Hoff 46, 47, 55, 155 Waage 87 Winkler, Cl. 78 Wühler, F r . 137 Zintl 65

Sachregister. Abgeschlossene Elektro- Aluminium 137 ff., 149, Analyse, Tensions- 162 ff. 171 nen Konfiguration 125 Thermische — 162 ff. Abschrecken 30, 77, 102 — Carbid 115, 118 Anhydride 54 Absolute Temperatur 17 — H y d r o x y d 53, 54 A n h y d r i t 75, 80 Absoluter Nullpunkt 17,47 — Legierungen 138 Anlassen 138, 175 Aceton 118 Anorganische Chemie 6 — Oxyd 142 Acetylcn 116, 118 — Silicium-Diagramml65 Antimon und VerbindunA c t i n i d e n 143 gen 49, 96 ff. — Silikate 144 Adalin 71 Apatit 106 Aluminothermie 139 Adsorption 108, 122, 130 Amalgame 100, 134, 148 Arbeit, maximale 46 f . Äquivaleutgewicht 45,155 Ammoniak 98 ff. Argon 33 Ä t h a n 115, 117 — Gleichgewicht 85 Arsen u n d Verbindungen Äthylalkohol 117 AmmoDiakate 65, 92, 147, 80, 96 ff. Äthylen 116 Arsensäure 87 149, 159, 164 Ammonium-Amalgam 100 Arsenige Säure 87 — Bromid 116 Arsenik 68 Ätzen von Glas 72 — Chlorid 100 Arsenit 87 Ätznatron 136 — Ion 100 — kali 13(1 — Metall 100 Arsen Wasserstoff 101 A t o m - B a u 34, 122 ff. Affinität 46 ff., 155 — N i t r a t 102 Aggregatzustände 34 — Sulfat 100 — Begriff 21 „ A k t i v e Masse" 87 Amphotere H y d r o x y d e — Bindung 66, 127 f. Aktivkohle 108 54, 140, 151 — Gewicht 38, 94, 122f. Alkallmetalle 129 ff., 146 Analyse 5, 33 f. — Kerne 122 ff. Alkohole 116, 135 S p e k t r a l — 33 f. — Theorie 21, 122 ff. K l e m m , Anorgaslsohe Chemie.

12

178

Sachregister.

Blei, Sonstige VerbinAtom-Wärme 40 dungen 152 Abs. Gewicht der -e 42 — Weiß 152 Auerstrumpf 148 Aufbereiten VOD Erzen 7 Bleibende Härte 111 Ausflocken von Kolloiden Bleichmittel 30, 68 Bodenkolloide 122, 130 122 Böhmisches Olas 143 Ausscheidungsvorgänge bei techn. Metallegie- Bohrsche Atomtheorie 122 rungen 138, 165, 175 Bor und Verbindungen 121, 143 Ausschütteln 70 Boudouard-Gleichgewicht Austenit 174 Austenitische Stähle 176 114, 172 Avogadrosches Oesetz 22 Brauneisenstein 171 Braunkehle 113 Braunstein 50, 70, 160 Barium und Verbindungen Brechweinstein 98 Brennstoffe 112 ff. 137 ff. Brom und Verbindungen — Peroxyd 27 Barytwasser 140 70f., 73 Basen 50 ff., 58 Bronze 149 — Anhydride 54 Brownsche Bewegung 22 Basische Salze 53 Buna 118 Bauxit 137 Bunsenbrenner 34 Benennung von Verbin- Butan 115 dungen 44 ff. Gaesium und VerbindunBenzin 116 gen 129 ff. Benzol 116 Cadmium und VerbinBergkristall 119 dungen 150 f. Berliner Blau 162 Calcium 137 ff. Berthelotsches Prinzip 46, — Bromid 72 47 — Carbid 99, 118 Beryllium und Verbin- — Carbonat 110, 141 — Chlorid 31, 72, 142 dungen 137 ff. Bessemer-Verfahren 173 Fettsaurea — 136 Beton 140 — Fluorid 72 Bicarbonate, vgl. Hydro- — Halogenide 72,141 — Hydrogencarbonatlll, gencarbonate 140, 146 Bildungswärme 47 f. Bllliter-Zelle 134 — Hydroxyd und Oxyd Bindigkeit 128 140 f. Bindungsarten 66, 125 ff. — Phosphate 97,106,173 Bisulfate, vgl. Hydrogen- — Silicate 148 ff. sulfate — Sulfat 75,106,141,146 Blausäure 51 8», 112,118 Chalkogene 74, 83 f. Biel 81, 148, 152 Carbide 118, 174 f. Carbouate, Saure— U l f . — Akkumulator 154 Carosche Säure, vgl. Per— Azld 101 — Dioxyd 162, 154 oxyschwefelsäure — Glanz 75,148, 162 Cellulose 118 — Kammer-Verfahlen Oer, Cerdioxyd 142 78, 80 Chemische Formeln 22 —s Gleichgewicht 14, 46, — Kristallglas 143 79, 84 ff. — Magnesium-Diagramm 167 — Verbindung 12 — Oxyde 143, 148, 162, Chilesalpeter 104 Chlor 48 It., 73 154

Chlor-Ionen, Reaktion mit Silbernitrat 59 — Kalk 68 — Knallgas 49 Sonstige — Verbindungen 66 ff. Chlorate 67, 68 Chloratit 69 Chloride 59, 67 Chlorige Säure 67 Chlorite 67, 69 Chloroform 70 Chlorstickstoff 107 — Wasserstoff 24,48 f., 73 Chrom 139, 159, 161, 175 — eisenstein 142, 160 — Oxyde 159, 162 Chromate, Di- bzw. Pyrochromate 152, 168 ff., 162 Cupri, Cupro 45 Cyanide 118, 147 f. Cyankali 118 Dampfdruck 31, 35, 56, 163 ff. — von Lösungen 56 Daniell-Element 153 Dekantieren 6 Desinfektionsmittel 30, 68, 121 Destillieren 8 Deuterium, Deuteron 126 f. Diamant 108 Diaphragma 133, 153 Dichromate 159 Dikleselsäure 120 Diphosphorpentoxyd 31, 106 Dipol 62, 74, 84 Dlachwefeldlchlorld 83 Disproportionierung 69, 104, 147 Dissoziation, des Wassers 14, 89 Elektrolysche — 54f.> 88 ff. Thermische — 14, 73f., 86 Dissoziationsdruck 1631F. — Grad 14, 60, 881T. Dithionsäure 83 Diihlonlge Säure 83 Doppelte Bindung 116 Doppelte Umsetzung 50

Sachregister. Entglasen 144 Druck, Dampf- 31, 35, Entwickeln 149 66, 163ff. Enzyme 29 Dissoziations- 16311. Erdalkalimetalle 13711. Gas- 16fl., 55 Erden und Erdmetalle Osmotischer — 55 13711. Düngemittel 981. Seltene — 13611., 142 Dulong-Petitsches Gesetz Erhaltung der Energie 46 40 — der Masse 18 Dnraluminium 13S Erstarren 7, 16411. Erze, Aulbereiten von Echte Lösungen 121 -n7 Edelgase 32 f. — vgl. bei den einzelnen Edelgas-Konfiguration Metallen 125 f. Edle Metalle 25, 27, 129, Essigsäure 117 Ester 117, 135 146 f. Eier, Konservieren von Estrich-Gips 141 Eutektikum 1661. 121 Eutektoid 175 Elsen 160ff-, 171ff. Explosivstolle 10, 69,101, — Carbid 118, 1741. 102, 136 — Carbonyl 174 — Disuilid (Pyrit) 75, 80 Faradaysches Gesetz 154 — Erze 171 Farbstolle 145, 152, 162 — Kohlenstoll-DiaFeinbau der Kristalle 35, gramm 174 61, 120, 1281. — Oxyde 99, 139, 145, Feldspate 130, 144 161, 171, 173 Fensterglas 143 — Portland-Zement 172 Ferrate, vgl. Eisen Hosten des —s 29 Ferromagnetismus 162 — Sullid 13, 77, 1611. Technisches — 17111. Fette, Fettsäuren 135 Elektrische Energie 10, Fetthärtung 135 Filtrieren 7 1541. — Ladung (Atomkerne) Fixieren 83, 150 Flammenlärbung 34, 130, 122 137, 152 (Ionen) 5811., 126il. Flotation 7 (Kolloide) 122 Fluor u. Verbindungen — Maßeinheiten 154/55 721. Elektrolyse 10, 48, 55, 72, 131, 133, 137, 153, 174 Flußsäure 72, 120 Elektrolyte, Elektrolyt. Flußspat 72 Dissoziation 5411., 8811. Flußstahl 173 Formeln, chemische 22 Elektrolyteisen 174 Elektromotorische Kraft Frlschverlahren 172 156 Gallium 152 Elektron 65, 12211. Positives — 123. Gas-Beleuchtung 114,142 — Elektroden 156 — Metall 138 Elektronen-das 129, 146 — Gesetze 161., 41 — Hülle 122, 1251. — Gleichung 171., 41 Element, chemisches—11 — Heizung 1131. — Konstante 42 Galvanisches — 153 Symbole der —e 50 — Masken 108, 112 Endotherm 46, 86 — Theorie, kinetische 22, Energie, Erhaltung der — 34, 88, 155 46 Gase, Trocknen von -n 31

179 Gase, Verdichtete — Verflüssigte — 28, 49 Gay-Lussac-Turm 81 Gebläsebrenner 12 Gebrannter Gips 141 — Kalk 140 Gegenstrom-Prinzip 8 37, 81 Gelrierpunkts-Erniedrigung 56 Gekoppelte Reaktion 68 Gemenge 13, 32 Generatorgas 99, 114, 171 Germanium 152 Gesättigte Lösung 91 Gichtgase 172 Gilte 98 111, 118, 151, 152 Katalysator- 80 Gips 75, 80, 106, 141 Glas 119,, 1431. Ätzen von — 72 Quarz- 119 Glasuren 145 Gleichgewicht, chemisches 14, 46, 79, 8411. Glimmer 130 Giover-Turm 81 Glycerin 135 Gold und Verbindungen 105, 14611. — Rubinglas 150 — Silber-Diagramm 168 Goldschmidt-Verfahren 139 Gramm-Atom 41 — Ion 90, 154 — Molekel 41 Graphit 108, 176 Graues Gußeisen 176 Grauspießglanz 97 Grenzkohlenwasserstollc 115 Grundgesetze, chemische 19 Gußeisen 172, 176 Halogene 731. Hartes Wasser 111 Häuligkeit der Elemente 119 Heizwert 113 Helium 26, 33

180

Sachregister.

Helium-Ionen (** Strah- Jodometrie 72 len) 123 Joule-Tliomson-Effekt 37 Heterogene Systeme 6 Gleichgewichte in — n Kalilauge 52, 131, 133, — n Hl ff., 162 ff. 136 Hexathionsäure 83 Kalisalpeter 136 Hochfeuerfeste Stoffe 119 Kalisalze 130 Kalium 129ff. 140, 142, 144 Hochofen 171 f. — Rifluorid 72 — Zement 172 — Chlorat 27, 68f. Holz U S , 118 — Chromat 158f. Homogene Systeme 6 — Cyanid 90, 118 Gleichgewichte in — n — Cyanokobaltat ( I I I ) 160 — n 87ff. Homogenitätsgebiete 170 — Manganat 160 Hydratafion 62f., 149 — Perchlorat 69f. Hydrate BS, 1(13 ff. — Permanganat 160 Hydrazin 101, 117 —• Pyrochromat 159 Hydrogencarbonate 87# — Silicat 120 U l f . , 141, 146 — Sonstige Verbindungen 132ff. — sulfate 53, 83, 104 Hydrolyse 90, 120, 135 Kali-Wasserglas 120 Hydrolytische Klassen Kalk, Gebrannter — 140 gelöschter — 140 144 Hydronalium 138 — Spat HO Hydronium-Ion 63 — Stickstoff 99, 118 Hydroxyde 52, 54 — Wasser 140 Hydroxyl-Gruppe, -Ionen Kalomel 151 Kaolinit 144 52, 58f., 8 9 f . Katalysator 15f., 29, 78, Hydroxylamin 101 80, 81, 99, 104, 161, . Hygroskopisch 134 Hypochlorite 66f. 172 Hypojodite 71, 87 — Gift 80 K-Elektronen 125 Kerne, Aufbau der — Impfen 76 123ff. Indium 152 Initialzünder 101 Kernumwandlungen 123 Instabile Systeme (Ver- Kesselstein 111 bindungen) 10, 13 Ketten, Kohlenstoff- 115f. Intermetallische Verbin- — Reaktion 25 dungen 170 Kieselsaure (-Anhydrid) Internationale Union f. 72, 93, U 9 f f . Kinetische Gastheorie 22, Chemie 44 34, 88, 155 Ionen-Bindung 61, 125 Klopffestigkeit 116 — Gitter 61, 129 Knallgas 12 — Gleichungen 59f. Chlor- 49 — Produkt 92 — Theorie 5 7 f f . — Flamme 12, 30 Iridium 161 Kobalt und Verbindungen 149, I60f., 176 — Hexafluorid 161 Kochsalz-Elektrolyse 48, Isobutan 115 Isotope 124 133f. Königswasser 105 Jod und Verbindungen Kohle 113f. Stickstoffgehalt 99, 71, 73, 87 113 Jodoform 71

Kohle, Schwefelgehalt 78, 99, 113 Kohlen-Dioxyd 29, 32, 99, 109ff., 140f., 171f. — Oxyd (Monoxyd) 99. l l l f f . , 171f. — Säure 100ff., 140, 14« — Wasserstoffe 115ff. Kohlenstoff 107ff., 171ff. Eisen- — -Diagramm 174 — Ketten 115 f . Koks 115, 171f. Kolloide 121f. Komplexe Ionen u. Verbindungen 64 f., 92, 147ff., 161, 162 Konfiguration, abgeschlossene — 125 Edelgas- 125 Kontakt-Verfahren 79 KonVersions-Salpeter 136 Konvertieren 99 Koordinationszahl 65 Korrosion 138, 154, 17® Korund 142 Korundsteine 142, 144 Kristalle 35, 61, 120, 128f. Misch- 40, 138, 165, 168 ff., 174f. Kristallisation 9 Kristallsoda 135 Kritische Temperatur 3< Kryolith 137 Krypton 33 Kunststoffe 118, 149 Kupfer und Verbindungen 26, 39, 146ff. — Chloride 65 —• Jodid-Ammoniakat 159 — Nitrat 105 — Oxyde 26, 39f., 45, 65 — Silber-Diagramm 169 — Sulfat (u. Hydrate) 63, 149, 162f. Lackmus 5 1 f . Ladung von Atomkernen 122 von Ionen 57ff., 125ff. von Kolloidteilchen 122 f . Lanthan, Lanthaniden 137, 142, 161 Laugen 62 , 1 3 2 f .

Sachregister. Leblanc-Verfahren 134 Le Chatelier-Braunsches Prinzip 85 Legierungen 138, 149, 164f., ]70f., 175 Leichtmetalle 129, 137, 171 Leimartige Lösungen 121 Leiter, I. u. II. Klasse 55 Leitfähigkeit elektrolytische — 54 Elektronen- 129 Leuchtfarben 142 Leuchtgas 114 Leuchtröhren 33 Lignin 118 Liquidus-Kurve 168 Lithium u. Verbindungen 120ff., 136 Lithopone 151 Löslichkeitsprodukt 91 Lösungen, Echte — 121 Gesättigte — 91 Gleichgewichte in —n 88 f. Kolloide — 121 Konzentrierte — 91 Lokaleleniente 138, 154 Loschmidtsche Zahl 42 Luft, Verflüssigung der — 28, 37 Zusammensetzung der — 27, 30ff. Luftmörtel 141 Magnesitsteine 140,144 Magnesium u. Verbindungen 26,110,111,136ff., .167, 173 Magnesium-Blei-Diagramm 167 Magnetit 142, 162, 171 Magnetkies 1C2 Mangan u. Verbindungen 139, 149, 158ff., 175 Manganate 160 Marmor 110 Martensit 175 Masse, Erhaltung der —18 — der Elektronen 122 — der Atomkerne 122 Massenwirkungsgesetz 86 ff. Maximale Arbeit 47 — Wertigkeit 96, 127 M-Elektronen 126

181

Mennige 153 Nitrate 66, 104f. Meson 124 Nitrite 66,105 Messing 149 Nitroglycerin 102 Meta-Kieselsäure 120 Nomenklatur 44f., 66f. Noimalbedingungen 18 — Phosphorsäure 106 Normalität 89 Metalle 25, 66, 129 ff. Nullpunkt, absoluter 17, Metallographie 165 47 Metalloxyde 54 Methan 115 Minette 97 Oleum 80, 83 Mischkristalle 40, 138,165 Ordnungszahl 123 168ff., 174 f. Organische Chemie 6, Möller 171 107 ff., 128 Mörtel, Luft- 141, 145 Ortho-Kieselsäure 120 Wasser- 146 — Nitrat 65 Mol 41 — Phosphorsäure 106 Molekel-Begriff 21 ff. Osmium und Verbindun— Gitter 128 gen 161 f. Molekulargewicht 39 Osmotischer Druck 55 ff., •— gelöster Stoffe 55 158 Molybdän u. VerbindunOstwald'sche Verdüngen 161 f. nungsgleichung 89 Mullit 144 Oxydation 26, 65f. Oxydationsmittel 30, 68, Natrium 129ff. 83, 105, 159, 162 — Aluminium-Fluorid Oxyde 26ff., 54 137 Oxydhaut 105, 139 — Carbonat 87, 110, 135 Oxydul 45 — Chlorid 48, 50, 61f., Oxyliquit 29 131, 133, 134 Ozon 29 Fettsaures — 135 f. — Hydrogencarbonat 87, Packungsanteil 124 135 — Hydrogensulfat 53,104 Palladium u. Verbindungen 161 f. — Hydroxyd 52, 87, 131, Palmitinsäure 135 132 f. Paraffine 115 — Hypochlorit 66f. P a r a m a g n e t i s m s 162 — Nitrat 104, 136 Parkes-Verfahren 148 — Nitrit 105 Partialdruck 31 — Perchlorat 70 Passives Eisen 105 — Peroxyd 132 Saures— Sulfat53,104 Perchlorate 69 Perioden-System 93ff., — Silicat 93, 120 122ff. — Sulfat 50, 53, 93 Perjodat 71 — Thiosulfat 83, 150 Natronlauge 52,131,132f. Permanganate 159, 162 Natronwasserglas 120 Permutit 111 N-Elektronen 125 Peroxyborate 121 Peroxysulfate u. -disulNeon 33 Neutralisation 52f., 58, 91 fate 30, 83 Neutron 123 Phase 36, 162ff. Nichtelektrolyte 54 Phlogiston 28 Nichtmetalle 129 Phosphor 27, 49, 69, 96ff., — Oxyde 54 172, 173 Nickel u. Verbindungen — Chloride 49, 106 135, 14», 160f., 176 .— Düngemittel 106, 173

182 Phosphoroxyde 31, 106 — Säure 106 — Wasserstoff 101 Phosphoreszierende Sulfide 142 Phosphorite Säure 107 PhospVoril 97, 173 Photochemie 49 Photographie 83, 149f. Platin und Verbindungen 16, 80, 104, 105, 161 f. Plattieren 138 Porzellan 144 Positron 124 Potential-Differenz 154f. Pottasche 134 Propan 115 Proportionen, konstante — 18 Multiple — 19ff. Proton 123 Pseudomorphose 76 Pyril 75, 80 Pyrochromute 159 — Phosptiorsäure 106 — Schwefelsäure 83 — Sulfat 83 Puddelprozeß 172 Quantenmechanik 128 Quarz (-Glas) 119f. Quecksilber u. Verbindungen 27, 100, 105, 134, 148, 150f. — Oxyd 27 Radioaktive Erscheinungen 123 Radium 123 Badon 123 Rauchende Schwefelsäure 80 Rauchschaden 78 Reakt innsgesch I ndlgkeit, Beschleunigung durch Katalysatoren 15 f., 80 Temperatur-Abhängigkeit 15. 79 Reaktionswärme 46ff. Redox-Potentiale 188 Reduktion ZU, «5f. Reduktionsmittel 26, 83, 112, 152, 171 Regenerativ-Feuerung 173 Reiner Stoff 7ff. ResUtralüen 61

Sachregister. Rhenanta-PhOBphat 106 Schwefel I. Kohlen 78,99, R.hentiim(Vn>-oxvd 1«1 IIS Rhodium u. Verbindun- — Mli. h 78 gen 101 f — Jl.mnxyd 82 Röntcendiagramme 35, — Säure 31, 50, 51, 78ff., 81, 10). Ulli, H l , 146 164 ff. Dl—trloxvd S2 Rosten von Eisen 29 TetriiXvd H2 — Rostfreier Stahl 176 — Trioxyd 64, 78f., 82, Roteisenstein 171 86f. Rubidium u. Verblndun — Wasserstoff 66, 77, 82, gen 12« ff. 84 Rubin 142 Schweflige Säure 66, 78 Ruß 108 82 Ruthenium u. VerbindunSchweres Wasser bzw.. gen 161 f. schwerer Wasserstoff 9, 124t. Saimiak(-Oeist) 100 Salpeter- l.ager 72,104,136 Schwermetaie 129, 146 Schwimmaufbereitung 7 — Säure I04f. Seife (Seifenstein) 111, Salpetrige Säure 105 135f Salze 50ff. Selen und Verbindungen Saure — 53 83 Salzlagerstätten 72, 130 Seltene Erden 137ff., 142 Salzsäure 48 f. Siedepunktserhöhung 56 Saphir 142 Siemens-Martin-Verfahren Sauerbrunnen 110 173 Sauerstoff 11,23,27ff., 84 Silber 146ff. Säure 25, 50ff., 58, 89 — Ammoniak-Komplexe — Anhydrid 54 65, 92 Scnndium 137 Silber-Bromid 71,14S,147 Schamotte 144 — Chlorid 59, 71, 92,147, Schaumscliwimm-Ver149 faliren 7 — Gold-Diagramm 168 Scheidewasser 105 — Halogenide 71,147,149 Schiel!-(Scliwarz-)Pulver — Jodid 71 136 — Kupfer-Diagramm 169 Schlafmittel 71 Schmelzdiagramm 164 ff. — Nitrat 59 Schmelzpunkts-Maximum — Spiegel 151 — Sulfid 77, 92 167 f. — Vanadin-Diagramm Schmelzwärme 76 168 Schmiedbares Eisen 173 SUiclum 118ff., 139, 172 Schnelldrehstahl 175 Schrngbeziehungen im Per. — Aluminium-Diagramm 183 f. System 96, 136, 140 — Dioxyd 72, 93, 119ff. Schrott 173 Schwache Säuren (Rasen) — Tetrafluorid 72 — Wasserstoff 117, 121 53, 54, 60, 90, 91 Slllka-Steine 119, 144 Schwefel 74ff., 84, 172 — Dioxyd 32, 78ff., 86 f., Silicate 119f., 130 Technisch wichtige — 148 142 — Chlorid 83 "Soda 134 f. — Elsen 13, 77, 162 Solidus-Kurve 168 — Hexafluorid 73, 83 Sorel-Zement 141 — Kies 75, 80 Solvay-Verfahren 134 — Kohlenstoff 70

Sachregister. Spannnngerelhe 156f. SpaMcwnatoin 171 Spektralanalyse 33f. Spektren 34, 126 Spinell 142 Sprengstoffe 10, 69, 101, 102, 136 Stablies System 13 Stabilisierung durch Komplexbilclung 159 Stahl I72ff. Starke Säuren (Basen) 63, 60, 8», 91 Stearinsäure 135 Steingut, Steiuzeug 144f. Steinholz 141 Steinkohle 99, 113 Stickstoff 27, 32, 96ff., 113. 114, 115, 118 — Düngemittel 98 — Halogeuide 107 — Oxyde 44, 81, 86, 101 ff. — Wasserstoff-Säure 101 Strontium 137if. Sublimat 151 Suhlinileren 8 Sulfat-Ion, Aufbau des —s 64 Sulfate 66. 141. 146 Sulfide 66. 77 Sulfite 66 Superphosphat 106 Suspension 121 Synthese 5 Teildruck 31 Tellur und Verbindungen 83 Tempera t ur. ab9loute— 17 kritische — 36 f. — abhänaigkeit: Gleichgewichte 14f., 79, 85 f. Reaktionsgeschwindigkeit 15f., 79 Tempern 138, 169, 173 Tensionsanalyse 162f. Tetrachlorkohlenstoff 71 Tetraeder, Kohlenstoff115 Thallium n. Verbindungen 1521. Thermische Analyse 162ff. Thermit 139 Thermochemie 47f.

183

Vitriole 63 Thermodlffuslon 124 Thloschwefelsäure (u. Vfluwgesetx (Avogadro) 22 (Uay-Lusaac-Uum-Sulfate) 83, 150 boldt) 20 Thomas-Schlacke 97, 106, 173 — Verfahren 172 Wärme-Bewegung 22, 25, Thorium (-Oxyd) 142 34 f., 121 Tiegelstahl 173 — Tönung 46ff. Töpfergeschirr 146 Waschpulver 121 Ton 137, 144 Wasser lOff. — Erde 137 £ildungswärme 48, 84 — Waren 144ff. Dipolcharnkter 62, 84 Treibherd 148 — Elektrolyse 10 Trlnitrotoluol 102 — Enthärtung 111 Trithionsäure 83 — Gas 99, 114 Trockeneis HO — Glas 120 Trocknen von Oasen 31, Hartes — 111 106 MoleKelbau 62 Tropfstein 111 — Mörtel 146 Tyndall-Effekt 121 Schweres — 9 , 1 2 5 Welches — 111 Zustandsdlagramm 35 Überchlorsäure 67, 69 Wasserstoff 11, 24, 25ff., Cbergangselemente 158 99, 114, 115 0 berschreitungsersclieinungen 76f. — brücken 74, 8 1 Überspannung 134, 157 — Elektrode 157 Öberwacli8ungskristalle40 — Kern 122 Ultramikroskop 22, 121 Schwerer — 124 Umwandlungen von Wasserstoffionen 58, 63 Atomkernen 123 87, 89f. Umwandlungswärme 76 — Exponent 89 Unedle Metalle 25, 129 — Hydratation 63 Ungesättigte KohlenWasserstoffperoxyd SO wnserstnffe 116 48, 117 Unterchlorige Säure 66f. Weinhold Becher 48 Unterschweflige Säure 83 WeiUblech 152 Wellies Gußeisen 176 Weltkörper, ZusammenV,A Stahl 176 setzung der — 34 Vanadin u. Verbindungen 80,159ff., 168,173,175 Wertigkeit 43ff., 68, 125 ff., 158f., 161 — Silber-Diagramm 168 Verbindung, chemische— Wldla-Metall 176 Winderhitzer 172 12 Intermetallische—170 Wismut 96ff. Wolfram 157, 176 Nachweis von —en 162ff. Verbrennungen28f.,112ff. Xenon 33 Verdichtete u. verflüssigte fttrium 1371. Gase 28. 37 Verdünnungsgleichung Zement, Eiaenportland(Ostwald) 89 Vergolden 150 — 172 HochofenVergütung 138 — 172 Verseifung 135 Portland — 141 Verwitterung 130 — Stuhl 173 Verzweigte K e t b n 116 Sorci — 141

184 Z e m e n t i t 118, 1741. Zentralion 64 Z e r f a l l der A t o m k e r n e 123 Ziegelstein 145 Zink u. V e r b i n d u n g e n 25, 82, 148, 149, 150f., 16Sf.

Sachregister. Z i n k - S u l f i d ( - B l e n d e ) 75, 78. 150f. Z i n k w e i ß 151 Zinn n. V e r b i n d u n g e n 149, 152 — Stein 152 Zinnober 151

Zuschläge 148, 171, 173 Zustandsdiagramm 35 162ff. Zwang, Prinzip vom kleinsten — e 85

W A L T E R D E G R U Y T E R & CO., B E R L I N W 35

SAMMLUNG GÖSCHEN Jeder Band DM 2,40

Naturwissenschaften und Technik Mathematik Geschichte der M a t h e m a t i k . Von J . E . H o f m a n . I . : Von den Anfängen bis zum Auftreten von F e r m a t und D e s c a r t e s . 199 S . 1 9 5 2 . In Vorbereitung Mathematische F o r m e l s a m m l u n g . Von F . R i n g l e b . 5 . , v e r besserte Aufl. Mit 57 F i g . 2 7 4 S . 1949 Formelsammlung zur praktischen Mathematik. Von 0 . Schulz. Durchgesehener Neudruck. M i t 10 A b b .

147 S. 1945

Vierstellige Tafeln und Oegentafeln. F ü r logarithmisches und t r i g o n o m e t r i s c h e s Rechnen in zwei F a r b e n . Zus a m m e n g e s t e l l t von H. S c h u b e r t und R . Haussner. Neud r u c k . 181 S . 1952. In Vorbereitung Fünfstellige Logarithmen. Mit mehreren graphischen R e c h e n t a f e l n und häufig v o r k o m m e n d e n Zahlwerten. Von A. Adler. 2. Aufl. Neudruck. Mit 1 T a f e l . 127 S . 1949 Einführung In die Zahlentheorle. Von A. S c h o l z . 2. Aufl. 136 S . In V o r b e r e i t u n g Arithmetik. Von P . B . F i s c h e r . 2 . Aufl. N e u d r u c k . M i t 19 A b b . 1 5 2 S . 1951. In V o r b e r e i t u n g Höhere Algebra. Von H. Hasse. I . : L i n e a r e Gleichungen. 3 . , v e r b e s s . Aufl. 152 S . 1951 I I . : Gleichungen höheren G r a d e s . 3 . , v e r b e s s . A u f l . 5 F i g . 158 S . 1951 A u f g a b e n s a m m l u n g zur höheren Algebra. Von H . Hasse und W . K l o b e . 2 . , v e r m e h r t e u. verbesserte Aufl. 1 9 5 2 . D e t e r m i n a n t e n . Von P . B . Fischer. 4 . , u m g e a r b . Aufl. Neud r u c k . 116 S . 1952. In Vorbereitung Gruppentheorie. Von L . B a u m g a r t n e r . 2. Aufl. M i t 6 F i g . 115 S . 1949 Mengenlehre. Von e ! K a m k e . " 3. Aufl." Mit' 6 F i g . ' 160 S . 1952. In V o r b e r e i t u n g E l e m e n t e der Funktionentheorie. Von K . K n o p p . 3. Aufl. Mit 23 Fig. 144 S . 1949 Funktionentheorie. Von K . K n o p p . I . : Grundlagen der allgemeinen T h e o r i e der a n a l y t i s c h e n F u n k t i o n . 7 . Aufl. Mit 8 Fig. 139 S . 1949 I I . : Anwendungen und W e i t e r f ü h r u n g der allgemeinen T h e o r i e . 7. Aufl. Mit 7 F i g . 1 3 0 S . 1949 Aufgabensammlung zur Funktionentheorie. Von K . K n o p p . 1.: Aufgaben zur elementaren F u n k t i o n e n t h e o r i e . 4 . Aufl. 135 S . 1949 I I . : Aufgaben zur höheren F u n k t i o n e n t h e o r i e . 4. Aufl.

151 S. 1949

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226

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B d . 1131 Bd.

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878

Gewöhnliche Differentialgleichungen. Von O. Hohelsel. 4., neubearbeitete Aufl. 129 S. 1951 Partielle Differentialgleichungen. Von G. Hohelsel. 3., neubearb. Aufl. 130 S. 1952. In Vorbereitung Aufgabensammlung zu den gewöhnlichen und partiellen Differentialgleichungen. Von G. Hohelsel. 2., umgearb. Aufl. 1952 Differentialrechnung. Von A. Witting. 3., neubearb. Aufl. Durchgesehener Neudruck. Mit 95 Fig. und 200 Beispielen. 201 S. 1949 Repetitorlum und Aufgabensammlung zur Differentialrechnung. Von A. Witting. 2. Aufl. Neudruck. 122 S. 1949 Integralrechnung. Von A. Witting. 2., verbesserte Aufl. Durchgesehener Neudruck. Mit 62 Fig. und 190 Beispielen. 176 S. 1949 Repetitorlum und Aufgabensammlung zur Integralrechnung. Von A. Witting. 2. Aufl. Neudruck. 121 S. 1949 . . . Einführung In die konforme Abbildung. Von L. Bieberbach. 4. Aufl. Mit 42 Zeichnungen. 147 S. 1949 Darstellende Geometrie. Von R. Haussner. 1. Teil: Elemente, ebenflächige Geblide. 6., unveränderte Aufl. Mit 110 Fig. 207 S. 1947 2. Teil: Perspektive ebener Gebilde, Kegelschnitte. 5., unveränderte Aufl. Mit 88 Flg. 168 S. 1947 Sammlung von Aufgaben und Beispielen zur analytischen Geometrie der Ebene. Von R. Haussner. Neudruck. Mit 22 Fig. 139 S. 1949 Ebene und sphärische Trigonometrie. Von G. Hessenberg. 4. Aufl., Neudruck. 1952. In Vorbereitung Nichteuklidische Geometrie. Hyperbolische Geometrie der Ebene. Von R. Baldus. 3., verbess. Aufl. durchges. von F. Löbell. Mit 70 Fig. 140 S. 1952. In Vorbereitung . Vermessungskunde. Von P.Werkmeister. I.: Stückmessung und Nivellieren. 9. Aufl. Mit 145 Fig. 172 S. 1949 I I . : Messung von Horizontalwinkeln. Festlegung von Punkten Im Koordinatensystem. Absteckungen. 7. Aufl. Mit 63 Fig. 151 S. 1949 I II.:Trigonometrische und barometrischeHöhenmessung. Tachymetrie und Topographie. 6. Aufl. Mit 64 Fig. 147 S. 1949 Vektoranalysls. Von S. Valentiner. 7., wesentlich veränderte Aufl. Mit 19 Fig. 138 S. 1950

Bd.

920

Bd. 1003 Bd. 1059 Bd.

87

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Physik / Chemie / Allgemeine, anorganische, organische und experimentelle Chemie / Elektrochemie / Technologie Physikalische Formelsammlung. Von G. u. K. Mahler. 8., verbesserte Aufl. Mit 69 Fig. 153 S. 1950 Physikalische Aufgabensammlung. Von G. u. K. Mahler. Mit den Ergebnissen. 7., verbess. Aufl. 127 S. 1952. . . Differentialgleichungen der Physik. Von E. Sauter. 2. Aufl. Mit 16 Fig. 148 S. 1950 Einführung In die Kristalloptik. Von E. Buchwald. 4., verbess. Aufl. Mit 121 Fig. 138 S. 1952

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Bd. 1070 Bd.

619

Vektoranalyils. Von S. V a l e n t i n e r . 7., w e s e n t l . v e r ä n d e r t e Aufl. Mit 19 Flg. 138 S. 1950 Geschichte der Chemie. Von G. L o c k e m a n n . B d . I : Vom A l t e r t u m bis zur E n t d e c k u n g des S a u e r s t o f f s . Mit 8 Bildnissen. 142 S. 1950 Allgemeine und physikalische Chemie. Von W . Schulze. 1. T e i l : 3., d u r c h g e s e h e n e A u f l . Mit 22 Fig. 146 S. 1949 II. T e i l : 3., d u r c h g e s e h e n e Aufl. Mit 36 Fig. 160 S. 1949 Physikalisch-Chemische R e c h e n a u f g a b e n . Von E . A s m u s . 2. Aufl. 96 S. 1949 Anorganische Chemie. Von W . K l e m m . 7. A u f l . M i t 18 Abb. 184 S. 1952 T h e r m o c h e m i e . Von W . A. R o t h . 3. A u f l . M i t 16 Fig. 109 S. 1952. In V o r b e r e i t u n g Stöchlometrlsche A u f g a b e n s a m m l u n g . Mit den E r g e b n i s s e n . Von W . B a h r d t u n d R . S c h e e r . 5., verbess. Aufl. Mit 120 S. 1952 Organische Chemie. Von W . S c h l e n k . 5., verbess. Aufl. Mit 17 Flg. 239 S. 1949 Analytische Chemie. Von J . H o p p e . I . : R e a k t i o n e n . 5., v e r b e s s e r t e Aufl. 135 S. 1950 I I . : Gang d e r q u a l i t a t i v e n Analyse. 5., v e r b e s s e r t e Aufl. 168 S. 1950 Elektrochemie u n d Ihre physikalisch-chemischen G r u n d lagen. Von A. Dassler. B d . I : Mit 21 A b b . 149 S. 1950 Bd. I I : Mit 17 A b b . 178 S. 1950 W a r e n k u n d e . Von K . H a s s a k u n d E . B e u t e l . 7. Auflage, neu b e a r b e i t e t von A. K u t z e i n i g g . Bd. I. Anorganische W a r e n sowie Kohle u n d Erdöl. Mit 1 9 F i g . 116 S. 1947 Bd. II. Organische W a r e n . Mit 32 Fig. 143 S. 1949 Die Fette und ö l e . Von K . B r a u n . 5. vollständig n e u b e a r b . u n d verbess. Aufl. von T h . K l u g . 145 S. 1950

Naturwissenschaften Land-

/ Biologie / Botanik und Forstwirtschaft

/

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Zoologie

H o r m o n e . Von O . K o l l e r . 2 . A u f l . M i t 6 0 A b b . u n d 1 9 T a b . 187 S. 1949 Geschlecht u n d Geschlechtsbestimmung im Tier- u n d P f l a n z e n r e i c h . Von M. H a r t m a n n . 2. Aufl. Mit 62 A b b . 155 S. 1951 F o r t p f l a n z u n g Im Tier- u n d Pflanzenreich. Von J . H ä m m e r ling. 2., e r g ä n z t e A u f l . Mit 101 A b b . 135 S. 1951 . . Grundriß der allgemeinen Mikrobiologie. Von W . S c h w a r t z . Bd. I: Mit 17 A b b . 104 S. 1949 B d . I I : Mit 12 A b b . 9 3 S. 1949 Symbiose der Tiere mit pflanzlichen M i k r o o r g a n i s m e n . Von P. B ü c h n e r . 2., v e r b e s s e r t e u n d v e r m e h r t e Aufl. Mit 121 A b b . 130 S. 1949 Entwicklungsgeschichte des Pflanzenreiches. Von H . Hell. 2. Aufl. Mit 94 A b b . u n d 1 T a b . 138 S. 1950 Morphologie der P f l a n z e n . Von L. Geltler. 3. Aufl. Mit 114 A b b . 126 S. 1952. In V o r b e r e i t u n g PflanzenzOchtung. Von H . K u c k u c k . I : G r u n d z ü g e d e r P f l a n z e n z ü c h t u n g . 3., völlig u m g e a r b e i t e t e u. e r w e i t e r t e A u f l . Mit 22 A b b . 132 S. 1952. In V o r b e r e i t u n g . . .

Bd. 1141 B d . 1127 Bd. 1138 B d . 1155 Bd. 1157 Bd. 1128 Bd. 1137 Bd.

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B d . 1134

Die LaubhOlzer. Von W. Neger und E. Münch. 3., durchgesehene Aufl., herausgegeben von B. Huber. Mit 63 Flg. und 7 Tab. 142 S. 1950 Vergleichende Physiologie der Tiere. Von K. Herter. I. Stoff- und Energiewechsel. 3. Aufl. Mit 64 Abb. 155 S. 1950 II. Bewegung und Reizerscheinungen. 3. Aufl. Mit 110 Abb. 148 S. 1950 Kulturtechnische Bodenverbesserungen. Von O. Fauser. I.: Allgemeines, Entwässerung. 4., neubearbeitete Aufl. Mit 47 Abb. 122 S. 1947 II.: Bewässerung, Ödlandkultur, Umlegung. 4., neubearbeitete Aufl. Mit 67 Abb. 150 S. 1948

Bd. 718 Bd. 972 Bd.

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Bd. 691 Bd.

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Geologie / Mineralogie / Kristallographie 13 Geologie. Von H. Cloos. 3. Aufl. In Vorbereitung . . . Bd. Mineralogie. Von R. Brauns und K. F. Chudoba. 8., neubearbeitete Aufl. Mit 125 Textfiguren und 9 Abb. auf einer Tafel. 143 S. 1943 Bd. 29 Petrographle. Von W. Bruhns u. P. Ramdohr. 3., durchBd. 173 gesehene Aufl. Mit 10 Figuren. 117 S. 1949 Kristallographie. Von W. Bruhns und P. Ramdohr. 4. Aufl. 1952 Bd. 210 Einführung In die Kristalloptlk. Von E. Buchwald. 4.,verb. Aufl. Mit 121 Fig. 138 S. 1952 Bd. 619 L&trohrproblerkunde. Mineraldiagnose mit Lötrohr und Tüpfelreaktion. Von M. Henglein. 3., verbesserte Aufl. Mit 11 Fig. 91 S. 1949 Bd. 483 Ingenieurwissenschaften Allgemeines

/ Maschinenbau Elektrotechnik

/ Hoch/

und

Tiefbau

Wasserbau

Technische Tabellen und Formeln. Von W.Müller. 4., überarbeitete Aufl. Von E. Schulze. Mit 105 Fig. 152 S. 1951 Dynamik. Von W.Müller. I.: Dynamik des Einzelkörpers. 2., verbesserte Aufl. Mit 70 Fig. 160 S. 1952. In Vorbereitung II.: Systeme von starren Körpern. 2., verbess. Aufl. Mit 41 Fig. 102 Seiten. 1952. In Vorbereitung Technische Thermodynamik. Von W. Nusselt. I.: Grundlagen. 3., vcrb. Aufl. Mit 71 Abb. 144 S. 1950 II.: Theorie der Wärmekraftmaschinen. Neudruck. Mit 87 Abb. und 32 Zahlentafeln. 144 S. 1951 Festigkeitslehre. Von W. Gehler und W. Herberg. I.: Elastizität, Plastizität und Festigkeit der Baustoffe und Bauteile. Durchgesehener u. erweit. Neudruck. Mit 118 Bildern. 159 S. 1952 Metallkunde. Von H. Borchers. I.: Aufbau der Metalle und Legierungen. Mit 2 Tab. und 90 Abb. 2. Aufl. 110 S. 1950 I I . : Eigenschaften, Grundzüge der Form und Zustandsgebung. Mit 8 Tab., 100 Abb. 2. Aufl. 154 S. 1952

Bd. 579 Bd.

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Bd. 1084 Bd. 1151

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Getriebelehre. Von P. Grodzlnskl u. H. Polster. I.: Geometrische Grundlagen. 2. Aufl. Mit 127 Fig. 1952. In Vorbereitung Die Maschinenelemente. Von E. vom Ende. 2., verbesserte Aufl. Mit 173 Fig. und 12Taf. 159 S. 1950 Das Maschinenzeichnen mit Einführung In das Konstruieren. Von W. Tochtermann. I.: Das Maschinenzeichnen. 4.Aufl.Mit 77Taf. 156S. 1950 II.: Ausgeführte Konstruktionsbeispiele. 4. Aufl. Mit 58 Taf. 130 S. 1950 Die Dampfkessel und Feuerungen einschließlich Hilfseinrichtungen in Theorie, Konstruktion und Berechnung. Von W. Marcard. 2. Aufl., neubearbeitet von K. Beck. I.: Die theoretischen Grundlagen. Wärme, Verbrennung, Wärmeübertragung. Mit 42 Abb. u. 16 Tab. 150 S. 1951 II.: Dampfkessel. Mit 53 Abb. 147 S. 1952. In Vorbereitung Gießereitechnik. Von H. Jungbluth. I. Teil: Eisengießerei. Mit 44 Abb. 126 S. 1951 Autogenes Schweißen und Schneiden. Von H. Niese. 5. Aufl., neubearb. von A. Kuchler. Mit 71 Fig. 136 S. 1952. In Vorbereitung Die wichtigsten Baustoffe des Hoch- und Tiefbaues. Von 0 . Graf. 3., verbesserte Aufl. Mit 58 Abb. 136 S. 1947 Baustoffverarbeitung und Baustellenprüfung des Betons. Von A. Klfinlogel. 2., neubearb. u. erweiterte Aufl. Mit 35 Abb. 126 S. 1951 Fenster, Türen, Tore aus Holz und Elsen. Von W. Wickop. 3., Überarb. und ergänzte Aufl. Mit 96 Abb. 154 S. 1949 Heizung und Lüftung. Von J. und W. Körting. 1.: Das Wesen und die Berechnung der Heizungs- und Lüftungsanlagen. 8., neubearb. Aufl. Mit 29 Abb.und 18 Zahlentafeln. 140 S. 1951 I L : Die Ausführung der Heizungs-u. Lüftungsanlagen. 8. Aufl. 1952. In Vorbereitung Die Gleichstrommaschine. Von K. Humburg. 1. Durchgesehener Neudruck. Mit 59 Abb. 102 S. 1949 II. Durchgesehener Neudruck. Mit 38 Abb. 98 S. 1949 Die synchrone Maschine. Von K. Humburg. Neudruck. Mit 78 Bildern. 109 S. 1951 Transformatoren. Von W. Schäfer. 2. Aufl. Mit 74 Abb. 128 S. 1949 Die komplexe Berechnung von Wechselstromschaltungen. Von H. H. Meinke. Mit 114 Abb. 160 S. 1949 . . . . Theoretische Grundlagen zur Berechnung der Schaltgeräte. Von F. Kesselring. 3. Aufl. Mit 92 Abb. 144 S. 1950. . Elektromotorische Antriebe. (Grundlagen für die Berechnung.) Von A. Schwaiger. 3., neubearb. Aufl. Mit34Abb. 95 S. 1952 Überspannungen und Überspannungsschutz. Von G. Frühauf. Durchges. Neudruck. Mit 98 Abb. 122 S. 1950 . . . . Verkehrswasserbau. Von H. Dehnert. I.: Entwurfsgrundlagen, Flutsregelungen. Mit 52 Textabb. 103 S. 1950 II.: Flußkanalisierungen und Schiffahrtskanäle. Mit 6 0 T e x t a b b . 94 S. 1950 I I I . : Schleusen und Hebewerke. Mit 70 Textabb. 98 S. 1950 Wehr- und Stauanlagen. Von H. Dehnert. Mit 90 Abb. Etwa 136 S. 1952

Bd. 1061 Bd.

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Geisteswissenschaften Philosophie

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Psychologie

Einfahrung in die Philosophie. Von H. Leisegang. 145 S. 1951 Hauptprobleme der Philosophie. Von O. Slmmel. 7., unveiänderte Auflage. 177 S. 1950 Erkenntnistheorie. I. Allgemeine Grundlegung. Von O. Kropp. 143 S. 1950 Die geistige Situation der Zelt. (1931). Von K. Jaspers. 2., unveränderter Abdruck der im Sommer 1932 bearbeiteten 5. Aufl. 232 S. 1949 Philosophisches Wörterbuch. Von M. Apel. 3., neubearb. Aufl. 260 S. 1950 Therapeutische Psychologie. (Freud, Adler, Jung). Von W . M. Kranefeldt. 2. Aufl. 152 S. 1950

Bd.

281

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500

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807

Bd. 1000 Bd. 1031 Bd. 1034

Religionswissenschaften Jesu*. Von M. Dibelius. 2. Aufl. Neudruck. 141 S. 1949. Paulus. Von M. Dibelius. Hrsg. und zu Ende geführt von W. G. Kümmel. 155 S. 1951

Musik

/

Bd. 1130 Bd. 1160

Kunst

Systematische Modulation. Von R. Hernried. 2. Aufl. 136 S. 1950 Bd. 1094 Der polyphone Satz. I. Der cantus-firmus-Satz. Von E. Pepping. 2. Aufl. 223 S. 1950 Bd. 1143 Die Technik des Klavierspiels. Von K. Schubert. 2. Aufl. 132 S. 1946 Bd. 1045 Die Musik des 19. Jahrhunderts. Von W. Oehlmann. 180 S. 1952. In Vorbereitung Bd. 170 Stilkunde. I. Vorzeit. Antike Mittelalter. Von H. Weigert. 2. Aufl. Mit 94 Abb. 136 S. 1952. In Vorbereitung . . Bd. 80 II. Spätniitteiaiter und Neuzeit. 2. Aufl. Mit 84 Abb. 147 S. 1952. In Vorbereitung Bd. 781

Geschichte Allgemeines / Vor- und Frühgeschichte / Altertum, Mittelalter und Neuzeit / Kulturgeschichte Einführung In die Geschichtswissenschaft. Von P. Kirn. 2. Aufl. 121 S. 1952 Kultur dei Urzeit. Bd. I: Die vormetallischen Kulturen. (Die Steinzeiten Europas. Gleichartige Kulturen in anderen Erdteilen.) Von F. Behn. 4. Aufl. Mit 48 Abb. 172 S. 1950 Bd. II: Die älteren Metallkulturen. (Der Beginn der Metallbenutzung. Kupfer- und Bronzezeit in Europa, im Orient und Amerika.) 4. Aufl. Mit 67 Abb. 160 S. 1950 Bd. I I I : Die jüngeren Metallkulturen. (Das Eisen als Kulturmetall. H a l l s t a t t - u n d Latine-Kultur in Europa. Das erste Auftreten des Eisens in den anderen Weltteilen.) 4. Aufl. Mit 60 Abb. 149 S. 1950 Vorgeschichte Europas. Von F. Behn. 7. Aufl. Mit 47 Abb. 125 S. 1949

Bd.

270

Bd.

564

Bd.

565

Bd.

566

Bd.

42

Vor- und FrQhzelt der Mittelmeerländer. I. D a s ö s t l i c h e M i t t e l m e e r . Von J . W i e s n e r . M i t einer T e x t a b b . und 7 T a f e l n . 177 S . 1943 I I . Das westliche M i t t e l m e e r . Mit 3 T e x t a b b . und 7 T a f e l n . 129 S . 1913 Römische Geschichte. I. T e i l : B i s zur S c h l a c h t bei P y d n a . Von F . A l t h e l m . 123 S . 1948 I I . T e i l : Bis zur Begründung des P r i n z i p a t s . 141 S . 1948 Zeltrechnung der römischen K a i s e r z e l t , des Mittelalters und der Neuzeit. F ü r die J a h r e 1 — 2 0 0 0 n. Chr. Von H. U e t z m a n n . 2. Aufl. besorgt d. A. H o f m e i s t e r . 126 S . 1952. In V o r b e r e i t u n g Quellenkunde der deutschen Geschichte Im Mittelalter. ( B i s zur M i t t e des 15. J a h r h . ) I. E i n l e i t u n g . Allgemeiner T e i l . Die Z e i t der K a r o l i n g e r . Von K- J a c o b . 5 . Aufl. 118 S . 1949 II. Die Kaiserzeit ( 9 1 1 — 1 2 5 0 ) . 4 . Aufl. 127 S . 1949 . . I I I . Das S p ä t m i t t e l a l t e r (vom I n t e r r e g n u m bis 1500). Unter Verwendung des N a c h l a s s e s von K- J a c o b . H e r a u s gegeben von F . W e d e n . 152 S . 1952 Von den Karolingern zu den Staufern. Die a l t d e u t s c h e K a i s e r z e i t ( 9 0 0 — 1 2 5 0 ) . Von J . H a l l e r . 3 . Aufl. M i t 4 K a r t e n . 141 S . 1944 Deutsche Geschichte Im Zeltalter der R e f o r m a t i o n , der Gegenreformation und des 3 0 j a h r i g e n Krieges. Von F . H ä r t u n g . 129 S . 1951 Geschichte Englands. T e i l I : bis 1815. Von H . P r e l l e r . 3 . . s t a r k u m g e a r b e i t e t e Auflage. M i t 2 K a r t e n . 135 S . 1952. In Vorbereitung Geschichte der M a t h e m a t i k . I. Von den Anfängen bis zum Auftreten von F e r m a t und Descartes. Von J . E . H o f m a n n . 199 S . 1952. In Vorbereitung Geschichte der Chemie. B d . I : Vom A l t e r t u m bis zur E n t deckung des S a u e r s t o f f s . Von O. L o c k e m a n n . M i t 8 B i l d nissen. 142 S . 1950

Sprach-

B d . 1149 B d . 1150 Bd. Bd.

19 677

B d . 1085

Bd. Bd.

279 280

Bd.

284

B d . 1065 B d . 1105 Bd.

375

Bd.

226

Bd.

264

und Literaturwissenschaft Indogermanisch / Germanisch

IndogermanlscheSprachwIssenschaft. Von H . K r ä h e . 2. Aufl. 134 S . 1948 S a n s k r i t - G r a m m a t i k . Von M. M a y r h o f e r . 8 9 S . 1952. In V o r b e r e i t u n g Germanische Sprachwissenschaft. B d . I : E i n l e i t u n g und L a u t l e h r e . Von H. K r ä h e . 2. Aufl. 127 S . 1948 . . . Bei. 11: Formenlehre. 2. Aufl. M O S . 1948 Altnordisches Elementarbuch. S c h r i f t t u m , S p r a c h e , T e x t e m i t Übersetzung und W ö r t e r b u c h . Von F . R a n k e . 2 . , durchgesehene Aufl. 146 S . 1949

Bd.

59

B d . 1158 Bd. Bd.

238 780

Bd. 1115

Deutsche Sprache und Literatur Deutsche W o r t k u n d e . E i n e k u l t u r g e s c h i c h t l i c h e B e t r a c h t u n g des deutschen W o r t s c h a t z e s . Von A. S c h i r m e r . 3. Aufl. 109 S . 1 9 4 9 Deutsches Dichten und Denken von der germanischen bis zur staufischen Zelt. ( D e u t s c h e L i t e r a t u r g e s c h i c h t e v o m 5. bis 13. J h d t . ) Von H . N a u m a n n . 2 . , v e r b e s s . Aufl. 166 S . 1952. E r s c h e i n t d e m n ä c h s t .

Bd.

929

B d . 1121

Der Nlbelunge Nöt. In Auswahl m i t k u r z e m W ö r t e r b u c h . Von K. Langosch. 9., u m g e a r b e i t e t e Aufl. 163 S. 1952. In V o r b e r e i t u n g Deutsches Dichten und Denken vom Mittelalter zur Neuzelt. (12*70—1700.) Von G . M ü l l e r . 2. Aufl. 159 S 1949 Deutsches Dichten und Denken von der A u f k l ä r u n g bis z u m Realismus. (1700—1890.) Von K . Vietor. 2. Aull. 156 S. 1949

Englische

Sprache

/ Romanische

Sprache

und

/

/

und

B d . 1125 B d . 1135 Bd.

125

Bd.

111

Bd.

70

Bd.

557

Bd.

492

B d . 1158 Bd.

763

Bd.

66

Bd.

30

Bd.

319

Länderkunde

K a r t e n k u n d e . Von M. E c k e r t - G r e i f e n d o r f f . Durchgesehen von W . K l e f f n e r . 3. Aufl. Mit 63 Abb. 149 S. 1950 . . Australien und Ozeanien. Von H . - J . K r u g . Mit 46 Skizzen. 176 S. 1952. In V o r b e r e i t u n g

Wirtschaftswissenschaften

B d . 1096

Russisch

S a n s k r i t - G r a m m a t i k . Von M. M a y r h o f e n 89 S. 1952. In Vorbereitung Hebräische G r a m m a t i k . I Band: Schrift-, Laut- und F o r m e n l e h r e I. Von G. Beer. 2., völlig u m g e a r b . Aufl. von R . M e y e r . 157 S 1952. In V o r b e r e i t u n g . . . Russische G r a m m a t i k . Von E. Berneker u n d M. V a s m e r . 6., u n v e r ä n d e r t e Aufl. 155 S. 1947

Erd-

B d . 1086

Lateinisch

Geschichte der griechischen Sprache. I. Bis zum Ausgang der klassischen Zeit. Von O. H o f f m a n n . 3., s t a r k u m g e a r b e i t e t e Aufl. von A. D e b r u n n e r . 144 S. 1952. In Vorbereitung Geschichte der griechischen Literatur. I. Von den Anf ä n g e n bis auf A l e x a n d e r d. Gr. Von W . Nestle. 2., v e r besserte Aufl. N e u d r u c k . 148 S. 1950 II. Von Alexander d. Gr. bis z u m Ausgang d e r A n t i k e . 2., v e r b e s s e r t e Aufl. 1'iB S. 1945 Geschichte der lateinischen Sprache. Von F. Stolz. 3. . s t a r k u m g e a r b e i t e t e Aufl. von A. D e b r u n n e r . 136 S. 1952. In V o r b e r e i t u n g

Orientalia

1

Literatur

Altenglisches E l e m e n t a r b u c h . E i n f ü h r u n g , G r a m m a t i k . T e x t e m i t Ü b e r s e t z u n g und W ö r t e r b u c h . Von M. Lehn e r t . 2.. v e r b e s s e r t e u n d v e r m e h r t e Aufl. 176 S. 1950 Beowulf. Eine Auswahl mit E i n f ü h r u n g , teilweiser Ü b e r s e t z u n g , A n m e r k u n g e n und etymologischem W ö r t e r buch. Von M. L e h n e r t . 2., verbesserte Aufl. 135 S. 1949 Italienische Literaturgeschichte. Von K. Voßier. U n v e r ä n d e r t e r N a c h d r u c k der 1927 erschienenen 4., d u r c h gesehenen u n d v e r b e s s e r t e n A u f l . 148 S. 1948 . . .

Griechisch

Bd.

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Gesellschaftskunde

Allgemeine Betriebswirtschaftslehre. Von K- Mellerowicz. 3 Bde. 7. Aufl. 1952. In V o r b e r e i t u n g . . . Bd. 1008, 1153, 1154 Soziologie. Geschichte u n d H a u p t p r o b l e m e . Von L . v . W i e s e . B d . 101 4. A u f l . 151 S . 1950