Zinn, Gips und Stahl vom physikalisch-chemischen Standpunkt: Vortrag gehalten im Verein der deutschen Ingenieure zu Berlin [Reprint 2019 ed.] 9783486730364, 9783486730357

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Zinn, Gips und Stahl vom

physikalisch - chemischen Standpunkt. VORTRAG gehalten im Verein der Deutschen Ingenieure zu Berlin von

Professor Dr. J. H. ran 't Hoff.

Mönchen und Berlin. Druck und Verlag von R. Oldenbourg. 1901.

Meine Herren I Ihre freundliche und ehrende Aufforderung habe ich gern angenommen, nicht nur weil ich als Ingenieur Ihrem Vereine etwas nahe stehe, sondern auch, weil ich meine, dafs die physikalische Chemie, der ich einen Teil meiner Kräfte gewidmet habe, in der letzten Zeit zu Resultaten gelangt ist, die vielleicht auch für den Ingenieur, für den Techniker Interesse haben. Aber anderseits scheint mir auch, dafs es gerade für uns physikalische Chemiker erwünscht ist, mit den Männern der Anwendung in Berührung zu kommen und dadurch unsere Anschauungen und Ansichten geprüft zu sehen. Ich fange damit an, dasjenige mit einigen Worten zu umschreiben, was das Bestreben der physikalischen Chemie in den letzten Jahren charakterisiert. Es besteht wesentlich darin, dafs die Chemie Anschlufs an die Physik sucht, dafs besonders versucht wird, die chemischen Umwandlungserscheinungen auf physikalische Umwandlungserscheinungen 1*

zurückzuführen, speciell einen Kontakt zu fmdenmitden gegenseitigen Verwandlungen der verschiedenen Aggregatzustände von fest in flüssig, flüssig in dampfförmig u. s. w., um dann, nachdem dieser Anschlufs erreicht ist, die einfachen physikalischen Gesetze, die diese Erscheinungen beherrschen, auch auf die viel komplizierteren chemischen Verhältnisse fruchtbar übertragen zu können. Das Thema, das ich gewählt habe, bietet nun gerade geeignete Beispiele, an denen sich zeigen läfst, wie auch auf chemischem Gebiete Erscheinungen auftreten, die mit der physikalischen Schmelzung und mit dem physikalischen Erstarren die gröfste Analogie zeigen, und worauf sich sogar bis ins Einzelnste die quantitativen Gesetze der entsprechenden physikalischen Verwandlungen anwenden lassen, wie die Besprechung des Zinns zeigen wird. In zweiter Linie aber gibt es auch auf chemischem Gebiete Erscheinungen, die der Verdampfung fast gleichberechtigt an die Seite zu stellen sind und deren Gesetzen gehorchen, wie sich beim Gips zeigen wird. Bei dieser weitgehenden Übereinstimmung zeichnet sich aber — um dies zu zeigen, wird die Behandlung des Stahls Gelegenheit bieten — die chemische Erscheinung durch ihre dadurch veranlafste Verwickelung aus, dass der Formenreichtum ein viel gröfserer ist. Während man es bei den physikalischen Erscheinungen höchstens mit drei Zuständen, fest,

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flüssig und dampfförmig zu thun hat, hat man bei den chemischen Erscheinungen vier, fünf, sechs und mehr verschiedene Zustände, die einer in den andern übergehen können, und dann kommt noch eins hinzu: während die physikalischen Verwandlungen, z. B. von fest in flüssig, meistens leicht und schnell stattfinden, so dafs z. B. das Eis oberhalb 0° nicht während einer fafsbaren Zeit existiert, zeigen die entsprechenden chemischen Erscheinungen Verzögerungen derart, dafs öfters dasjenige, was stattfinden soll, unter Umständen ganz und gar ausbleibt. Auch dies wird sich gerade bei den Erscheinungen am Stahl zeigen.

1. Das Zinn in seinen zwei Modiiikationen, das gewöhnliche nnd das graue Zinn. Ich werde mit dem Zinn anfangen. Das Wesentliche, worauf ich hier Ihre Aufmerksamkeit lenken möchte, ist eine Ihnen vielleicht schon bekannte Erscheinung, die das Zinn zeigt, die aber erst in der letzten Zeit als Analogon des Schmelzens und der Erstarrung auf physikalischem Gebiete erkannt worden ist, wodurch diese ganze Erscheinung ein neues wissenschaftliches Interesse bekommen hat und anderseits sich mit einer unerwarteten Leichtigkeit übersehen läfst. Die historischen Forschungsresultate über diese schon seit langem bekannte Erscheinung, die vom

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neuen Standpunkte aus durch die Herren Cohen 1 ) und Schaum 2 ) untersucht wurde, haben gezeigt, dafs die Verwandlung des Zinns unter gewissen Umständen schon dem Aristoteles bekannt war. Im Laufe des vorigen Jahrhunderts, etwa in den Fünfziger Jahren, ist dann diese Erscheinung wieder entdeckt oder vielmehr untersucht worden von E r d m a n n und anderen, wobei sich die Thatsache herausstellte, dais die Verwandlung besonders bei starker Winterkälte auftritt. Ich möchte zunächst eine von Dr. C o h e n herrührende Photographie eines solchen in der Verwandlung begriffenen Stückes Zinn Ihnen vorzeigen (Fig. 1). Dieses Anfangs vollkommen metallische Stück Zinn sieht aus, als ob es von einer Krankheit befallen sei, und thatsächlich ist erwiesen, dafs es sich hier um etwas handelt, was mit einer Krankheit insoweit verglichen werden kann, als eine thatsächliche Ansteckung vorliegt, die zum völligen Zerfall des Zinns führt, und so wurde dieser Erscheinung von Dr. Cohen der Name Zinnpest beigelegt. In der Figur zeigen sich lokal kleine runde Stellen in der Verwandlung begriffen. Ein zweites Präparat, das ich Ihnen hier im Bilde vorführe (Fig. 2), zeigt Ihnen, wie die Verwandlung weiter fortgeschritten ist und schon ziemlich starke Verwüstungen auftreten. Es handelt sich um ') Cohen und van Eijk, Zeitacbr. f. physik. Chemie 30, 601; Cohen, ibid. 33, 57; 35, 588. ») Lieb. Ann. 308,18.

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ein Stück einer Orgelpfeife, die an drei Stellen augegriffen worden war; die Verwandlung hat sich vom Zentrum aus in gleicher Entfernung ringsherum ausgedehnt, und wir sehen, wie an drei Stellen die ganze Rohrwand durchbohrt ist. So gelingt es thatsächlich grölsere Stücke Zinn, zumal die bekannten Blöcke, in kurzer Zeit vollständig zum Zerfall zu bringen. Ich möchte nun kurz angeben, worin diese Verwandlung besteht, und weshalb sie sich als ein Analogon der physikalischen Schmelzung und Erstarrung

Fig. 2.

darstellt. Die Verwandlung besteht nicht darin, dafs das Zinn etwa von Feuchtigkeit oder Sauerstoff der Atmosphäre angegriffen wird, wie es anfangs scheinen könnte; sondern wir haben es hier mit einer Modifikation des Zinns zu thun, die von dem gewöhnlichen Zinn sich scharf dadurch unterscheidet, dafs sie weniger metallisch aussieht; sie ist grau und man spricht deshalb auch von grauem Zinn. Physikalisch ist wohl die Hauptdifferenz zwischen diesen beiden Zinnarten das specifische Gewicht, welches beim gewöhnlichen Zinn 7,3, beim umgewandelten

nur 5,8 beträgt; es ergibt sich also eine Verminderung des specifischeti Gewichtes um nicht weniger als 20 °/0, und dem entspricht die Thatsache, welche sich auch auf dem ersten Bilde zeigte, dafs diese umgewandelte Masse wie eine Hebung auf der ursprünglichen Oberfläche sich entwickelt. Das für meinen Zweck Wichtige besteht nun darin, dafs diese Erscheinung an die physikalische Verwandlung des Schmelzens und Erstarrens sich dadurch anlehnt, dafs sie an eine bestimmte Temperaturgrenze gebunden ist, und dafs genau, wie es bei der Verwandlung von Eis in Wasser oder von Wasser in Eis der Fall ist, welche bei einer Temperatur von 0° stattfindet, es sich hier um eine Temperaturgrenze handelt, die bei 20 0 zu suchen ist; in der Weise, dafs oberhalb 20° C. das gewöhnliche Zinn, unterhalb 20 0 das graue Zinn dem stabilen Zustande entspricht. Beide gegenseitige Verwandlungen lassen sich dementsprechend durch ein ähnliches Symbol wiedergeben, und zwar für die physikalische Verwandlung des Schmelzens durch 0° Eis Wasser, welches ausdrückt, dafs je nachdem man oberhalb oder unterhalb 0 0 ist, die Verwandlung in einem oder anderm Sinne vor sich geht. Die Modifikationsänderung beim Zinn kommt demnach durch 20°

Graues Zinn ^ zum Ausdruck.

Weifses Zinn

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Wesentlich aber — und darin zeigt sich der Unterschied — ist, dais bei der physikalischen Verwandlang des Wassers dasjenige, was sich bilden mufs, sich auch bildet, während hier a beim Zinn gerade diese Bildung öfters längere Zeit ausbleibt, und so J 6

ist die Bestimmung dieser Temperatur von 20°, wiewohl es sich hier im w« Grund um etwas wie eine Schmelzpunktbestimmung handelt, eine sehr schwierige. Ich möchte deshalb die zwei Me= ft thoden darlegen, welche in diesem II Fall zum Ziele geführt haben. Wäh7 rend bei der einfachen Schmelzung I das Thermometer die Verwandlung