Part 2

In der Natur kommt eine große Anzahl von Erzen vor, welche ihrer Zusammensetzung nach nichts anderes sind als Metallaschen, verbrannte Metalle. Man kann aus allen diesen Erzen die darin enthaltenen Metalle gewinnen, indem man die Erze mit Kohle zusammen erhitzt. Manche von diesen Erzen geben das Metall schon bei mäßigem Erhitzen mit Kohle frei, z. B. der weiße Arsenik das Arsen: man bringt (Abb. 4) in ein spitz zulaufendes Glasrohr aus schwer schmelzbarem Glas eine Spur eines feinzerriebenen Gemisches von Arsenik und Holzkohle, überdeckt dieses Gemisch mit einem winzigen Holzkohlensplitter und erwärmt es in einem kleinen Flämmchen. Das abgeschiedene Arsen verdampft in der Hitze und scheidet sich etwas oberhalb an den kälteren Wänden des Glasrohrs als schwarzer, glänzender Spiegel ab. Da weißer Arsenik als Rattengift Verwendung findet und nicht selten durch Verwechslung mit Zucker zu Vergiftungsfällen Anlaß gibt, so kann man verdächtige Stoffe auf diese Weise leicht auf Arsenik prüfen.

[Illustration: Abb. 4. Darstellung schwarzen Arsens.]

Auch aus den Eisenerzen wird nach demselben Verfahren das Eisen abgeschieden, wozu nur deshalb eine größere Hitze erforderlich ist, weil das abgeschiedene Eisen erst bei Gelbglut schmilzt und zusammenfließt. Der riesenhafte chemische Apparat, in welchem dieser wichtige Vorgang stattfindet, heißt bekanntlich Hochofen. Abb. 5 zeigt einen solchen aus Steiermark, dessen Höhe nicht weniger als 25 Meter beträgt. Die innere Weite nahe der Mitte ist 6½ Meter. Der ganze, gemauerte Schacht wird mit abwechselnden Lagen von Kohle und Erz gefüllt. Da das Erz aber nicht bloß aus Eisenasche, sondern auch zum großen Teil aus Gestein („Gangart“) besteht, welches das Zusammenfließen des geschmolzenen Eisens erschweren oder verhindern würde, so muß es mit einem sogenannten „Zuschlag“ versetzt werden. Dies ist (je nach Beschaffenheit der Gangart) eine quarz- oder kalkreiche Gesteinsart, welche sich mit der Gangart zu einer leicht schmelzbaren Schlacke verbindet. Besteht die Gangart aus Quarz, so muß der Zuschlag ein Kalkgestein sein; ist die Gangart umgekehrt kalkreich, so muß der Zuschlag viel Quarz enthalten: denn stets verbinden sich Quarz und Kalk, die für sich fast unschmelzbar sind, miteinander zu einer leicht schmelzbaren Schlacke.

[Illustration: Abb. 5. Hochofen.]

Der Hochofen ist infolge seiner großen Höhe sozusagen sein eigener Kamin. Der Zug dieses Kamins würde aber bei weitem nicht ausreichen, um die Hitze zu liefern, welche um raschen Ausschmelzen des Eisens notwendig ist. Deshalb wird durch besondere Öffnungen („Düsen“) von unten in den Hochofen Preßluft („Wind“) eingeblasen. Eine dieser Düsen ist in unserer Abbildung rechts unten zu sehen. Diese Preßluft wird, um recht wirksam zu sein, vor dem Eintritt ins Feuer um den ganzen Hochofen herumgeleitet und dadurch vorgewärmt. Diese Vorwärmeleitung sieht man etwas unterhalb der Ofenmitte im Querschnitt. Aus der oberen Öffnung („Gicht“) des Hochofens sind früher ungeheure Mengen brennbarer Gase („Gichtgase“) ungenutzt in die Luft entwichen. Jetzt fängt man sie mit Hilfe der in der Abbildung sichtbaren Vorrichtung auf und benutzt sie teils zur Vorwärmung des Windes, teils zum Betrieb von Gasmotoren. Die Konstruktion dieser Gasmotoren ist eine der größten technischen Errungenschaften der letzten Jahrzehnte. Denn die Gichtgase sind an und für sich minderwertig und so arm an brennbaren Bestandteilen, daß ihre Ausnutzung nur in Gasmotoren von riesenhafter Größe möglich war, die erst erfunden werden mußten. So werden jetzt bereits mehr als eine Million Pferdekräfte aus Gichtgasen gewonnen, die früher ungenutzt in die Luft entwichen. Obwohl erst ein Teil der deutschen Hochöfen mit Gichtgasmotoren verbunden ist, kann die so gewonnene Kraft in den eigenen Betrieben bei weitem nicht mehr verbraucht werden. Sie wird daher in unseren großen Eisenhüttenanlagen an Ort und Stelle in Elektrizität verwandelt und durch Überlandzentralen an die Städte und Ortschaften der weiteren Umgebung verteilt.

Kehren wir nun zum Ausgangspunkt unserer Untersuchung zurück, so sehen wir ein Hauptkennzeichen aller Verbrennungsvorgänge darin, daß der brennende Körper sein Gewicht vermehrt um dasjenige einer gewissen Sauerstoffmenge, mit welcher er sich im Verbrennungsvorgang verbindet. Diese Sauerstoffmenge kann entweder aus der Luft entnommen werden, wie bei allen Verbrennungen gewöhnlicher Art; oder sie kann aus einem anderen Verbrennungsprodukt (einer Asche) stammen: so bei der Verbrennung von Kohle durch Eisenoxyd, bei welcher das Eisenoxyd in Eisen zurückverwandelt wird. Das Bild, welches sich ein Chemiker von einer Verbrennung macht, unterscheidet sich also recht wesentlich von der Auffassung der Laien: Der Brennstoff wird durch die Verbrennung nicht +vernichtet+, sondern nur +verwandelt+. Er wird dabei nicht +leichter+, sondern +schwerer+.

3. Über die Unterschiede zwischen chemischen und physikalischen Vorgängen.

Lieber Freund!

Sie haben mir wieder eine Frage vorgelegt, deren Beantwortung (wenn sie überhaupt möglich ist) jedenfalls weit schwieriger ist, als Sie glauben. Ich soll Ihnen also eine scharfe Grenzlinie ziehen zwischen den Begriffen des physikalischen und des chemischen Vorgangs, woraus notwendig folgt, daß ich Ihnen erklären müßte, was ein physikalischer und was ein chemischer Vorgang ist. Dies kann ich aber gar nicht, wenigstens nicht in einer solchen Genauigkeit, daß die Erklärung für alle Fälle gilt. Sie müssen mir also erlauben, die Antwort auf Ihre Frage in dem Sinne einzuschränken, daß ich Ihnen die +scheinbaren+ Unterschiede zwischen chemischen und physikalischen Vorgängen nenne. Sie werden mit dem Wachsen Ihrer chemischen Kenntnisse ganz von selbst bemerken, daß diese Unterschiede eben nur scheinbare sind.

Betrachten wir als Beispiele für physikalische Vorgänge die Erhitzung eines Metallstücks bis zur Glut, das Schmelzen eines Metalls, die Verdampfung und das Gefrieren des Wassers. Was ist allen diesen verschiedenen Vorgängen gemeinsam? -- Kein Mensch wird behaupten können, daß ein Körper in einem +physikalischen+ Vorgang seine Eigenschaften +nicht+ ändere. Ändert sich doch schon beim Glühen das Aussehen aller Stoffe so außerordentlich, daß alle Farben und Oberflächeneigenschaften schwinden, der Glanz erlischt, die Härte sich außerordentlich verringert, die Leitfähigkeit für den elektrischen Strom ganz anders wird. Tatsächlich kann man dem Aussehen nach einen glühenden Stein von einem glühenden Eisenstück nicht unterscheiden, so groß die Unterschiede dieser beiden Stoffe in der Kälte sind. Und nun gar erst beim Schmelzen! Oder beim Verdampfen! Kann sich ein Körper stärker verändern in bezug auf Aussehen, spezifisches Gewicht, Härte, Zusammendrückbarkeit, Leitfähigkeit für den elektrischen Strom usw. als es ein verdampfender Stoff tut? --

Man wird also nicht sagen dürfen, daß das Wesen eines chemischen Vorgangs dadurch gekennzeichnet sei, daß sich die Eigenschaften des Stoffes ändern, der dem Vorgang unterworfen wird. Denn wenn sich Blei oder Magnesium durch den chemischen Vorgang der Verbrennung in Asche verwandelt, so ist die Änderung der Eigenschaften kaum größer, als wenn diese Metalle sich durch einen physikalischen Vorgang in Dampf verwandeln.

Somit müssen wir die Kennzeichen chemischer Vorgänge in etwas ganz anderem suchen. Nun ist es eine auffallende Tatsache, daß bei chemischen Vorgängen stets und ohne Ausnahmen entweder Wärme +entwickelt+ oder Wärme +verbraucht+ wird. Alle Verbrennungen sind ja ein Beweis für den einen dieser Fälle, denn sie machen die freiwerdende Wärme deutlich erkennbar. Man hat eine Zeitlang geglaubt, in diesen Änderungen des Wärmeeinhalts das Hauptkennzeichen +chemischer+ Vorgänge erblicken zu müssen. Aber wie unrichtig diese Auffassung war, werden Sie mir sofort zugeben, wenn ich Sie daran erinnere, daß auch die allerhäufigsten +physikalischen+ Vorgänge ohne Wärmeinhaltsveränderungen nicht möglich sind: +kein+ Körper auf der ganzen Welt kann schmelzen oder verdampfen, ohne gleichzeitig Wärme zu verbrauchen; kein Gas kann sich verflüssigen, keine Flüssigkeit kann erstarren, ohne zugleich Wärme an die Umgebung abzugeben. Kein Körper kann von einem elektrischen Strom durchflossen, von einem Lichtstrahl getroffen werden, ohne sich dadurch zu erwärmen, und es gibt auch keinen Stoff auf der Erde, den man pressen oder hämmern könnte, ohne ihn zugleich wärmer oder kälter (Eis wird durch Druck kälter) zu machen. Also sind auch die Wärmezustandsänderungen kein sicheres Kennzeichen der +chemischen+ Vorgänge allein.

Nun bleibt aber doch noch eine Gruppe von drei Möglichkeiten übrig, welchen allein die chemischen Prozesse genügen können. Diese Möglichkeiten sind:

1. das Zusammentreten zweier oder einiger Stoffe zu einem einzigen, der in +allen+ Eigenschaften von seinen Bestandteilen abweicht,

2. der Zerfall eines Stoffes in zwei oder einige, die in allen Eigenschaften von ihm verschieden sind,

3. der Austausch von Bestandteilen zwischen zwei Stoffen, so daß beide dadurch in ganz neue Stoffe verwandelt werden.

Für den ersten Fall haben wir in den Verbrennungen viele treffliche Beispiele kennen gelernt. Blei tritt mit Sauerstoffgas zu gelber Bleiasche zusammen, welche in allen ihren Eigenschaften gänzlich verschieden ist sowohl vom Blei als vom Sauerstoff. Ein prächtiger Versuch zum Beweis des gleichen Falles ist die Bildung des Jodquecksilbers aus Jod und Quecksilber. Sie kaufen sich eine Zweikugelröhre aus schwer schmelzbarem Glas, wie Abb. 6, und bringen in die eine Kugel etwas gepulvertes Jod, in die andere etwas Quecksilber. Wenn Sie nun erst das Quecksilber und dann das Jod erwärmen, so bilden sich prachtvoll glänzende Kristalle von rotem Jodquecksilber. Dieser Versuch zeigt Ihnen zugleich, wie töricht es wäre, Chemie aus Büchern lernen zu wollen, ohne Versuche zu machen. Denn der +Name+ „Jodquecksilber“ läßt die beiden Bestandteile so leicht erkennen, daß man dadurch auf die falsche Meinung gebracht werden könnte, das wirkliche Jodquecksilber lasse seine Bestandteile ebenfalls leicht unterscheiden, so wie ein „Kesselwagen“ den Kessel und Wagen, ein „Motorrad“ den Motor und das Rad. Man sieht aber im Versuch mit Erstaunen, daß Jodquecksilber weder mit Jod, noch mit Quecksilber die geringste Ähnlichkeit hat.

[Illustration: Abb. 6. Jod und Quecksilber.]

Die zweite Reihe von chemischen Vorgängen ist durch den +Zerfall+ eines Stoffes in einige, von ihm verschiedene, gekennzeichnet. Beispiele dafür kennen Sie schon längst; denn Sie wissen, daß man Wolle, Haare, Kleiderstoffe, Holz usw. nicht erhitzen kann, ohne daß sie „sich zersetzen“, d. h. eben in solche anderen Stoffe chemisch zerfallen.

Auch für die dritte Reihe von chemischen Vorgängen haben wir schon Beispiele kennen gelernt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stoffe durch den Austausch gewisser Bestandteile in zwei ganz neue Stoffe verwandelt werden. So entstand durch solchen Austausch aus +Bleiasche+ und +Kohlenpulver+: +Bleimetall+ und +Kohlensäuregas+, aus +Kohlensäuregas+ und +Magnesiummetall+: schwarze +Kohle+ und weiße +Magnesiumasche+.

Durch Nachdenken über Ihre Frage bin ich noch auf einen anderen Unterschied zwischen physikalischen und chemischen Vorgängen gekommen: durch physikalische Prozesse wird das Gewicht des Stoffes, welcher dem Prozeß unterworfen wird, nicht verändert: ein Kilo Wasser behält sein Gewicht bei, auch wenn es gefriert oder in Dampf verwandelt wird. Durch chemische Vorgänge wird aber das Gewicht eines Stoffes stets vermehrt oder vermindert, je nachdem er einem chemischen Aufbau oder Zerfall unterworfen wird. Diese Gewichtsänderungen sind nun sehr interessant, weil sie nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten erfolgen, welche ich mich nun bemühen will, Ihnen klar zu machen.

Wir haben im Anfang unserer Unterhaltungen auf einer Wage einen kleinen Berg aus Magnesiumpulver errichtet, haben ihn dann angezündet und festgestellt, daß er durch Sauerstoffaufnahme aus der Luft sein Gewicht vermehrte und dabei in weiße Magnesiumasche verwandelt wurde. Wir können uns nun fragen: wieviel Sauerstoff enthält diese Asche? Gibt es davon etwa verschiedene Qualitäten von verschiedenem Sauerstoffgehalt, so wie man fettreichen und fettarmen Käse kennt? Wird etwa die weiße Magnesiumasche noch reicher an Sauerstoff und noch schwerer, wenn man sie an der Luft weiterhin glüht? -- Oder gibt es stets dieselbe, einzigartige Verbindung einer ganz bestimmten Menge Magnesium mit einer unabänderlichen Menge Sauerstoff? --

Diese Frage hat die Chemiker erst um die Wende vom 18. zum 19. Jahrhundert zu interessieren angefangen, obgleich sie von so beispielloser Wichtigkeit ist, daß erst von ihrer Beantwortung an die Chemie ihren ungeheuren Aufschwung nehmen konnte. Da haben denn zahllose Untersuchungen ergeben, daß es allerdings von einem und demselben Metall verschiedene Aschen mit verschiedenem Sauerstoffgehalt gibt. So gibt es z. B. vom Blei nicht weniger als drei verschiedene Aschen, nämlich die gelbe Bleiglätte, das braunschwarze Bleisuperoxyd und die rote Mennige. Aber trotzdem hat es damit eine ganz andere Bewandtnis als mit den Käsesorten von verschiedenem Fettgehalt. Denn der Fettgehalt eines Käses kann in jeder beliebigen Abstufung reguliert werden; ist mir ein Käse von 20 % Fettgehalt noch ein wenig zu mager, so kann ich den Fabrikanten veranlassen, den Fettgehalt um 1, 2 oder 3 % zu erhöhen -- ganz nach meinen Wünschen. Finde ich aber die Bleiglätte, welche stets unabänderlich 7,17 % Sauerstoff enthält, für meine Zwecke zu arm an Sauerstoff, so kann ich ihren Gehalt daran allerdings auch erhöhen, +aber nicht nach Belieben+: ich kann sie nur in +Mennige+ verwandeln, welche außer dem Metall Blei noch 9,34 % Sauerstoff enthält, oder in Bleisuperoxyd, welches 13,81 % Sauerstoff enthält. +Mittelstufen zwischen diesen gibt es nicht.+ Auch besteht noch ein wichtiger Unterschied gegenüber den Käsesorten: diese sind doch im Grund, trotz ihres verschiedenen Bleigehalts, von gleicher Art und gleichartigen Eigenschaften. Die drei Sauerstoffverbindungen des Bleis sind dagegen +grundverschieden+ voneinander: Bleiglätte ist gelb, Mennige zinnoberrot, Bleisuperoxyd dunkelbraun. Bleiglätte löst sich in Essigsäure und in Salpetersäure leicht auf, Bleisuperoxyd in keiner von beiden Säuren, Mennige wird durch Salpetersäure in Bleisuperoxyd verwandelt usw.

Es werden also die Verhältnisse bei chemischen Vorgängen von einem Gesetz beherrscht, welches der Engländer +John Dalton+, Lehrer in Manchester, um 1803 herum entdeckte und als „+Gesetz der bestimmten Gewichtsverhältnisse+“ bezeichnete.

Etwas schwieriger war die Entdeckung eines zweiten Gesetzes über denselben Gegenstand, welche durch denselben Forscher wenige Jahre später erfolgte. Ich kann sie Ihnen ebenfalls an den drei Sauerstoffverbindungen des Bleis klarmachen. Wir haben vorhin folgende Prozentgehalte Sauerstoff für diese drei Verbindungen erwähnt:

Bleiglätte 7,17 Mennige 9,34 Bleisuperoxyd 13,81

Rechnet man nun diese Sauerstoffgehalte um auf je einen Gewichtsteil Bleimetall, so findet man:

in +Bleiglätte+ sind mit 1 g Blei verbunden: 0,0773 ~g~ Sauerstoff „ +Mennige+ „ „ „ „ „ „ 0,1030 „ „ „ +Bleisuperoxyd+ „ „ „ „ „ „ 0,1546 „ „

Betrachtet man diese Zahlen genauer, so erkennt man leicht, daß das Bleisuperoxyd genau doppelt soviel, die Mennige genau um ein Drittel mehr Sauerstoff enthält als die Bleiglätte. Dieselbe Beobachtung macht man, wenn man die Aschen anderer Metalle, z. B. des Eisens, mit der Wage und rechnerisch kontrolliert. +Stets ergeben sich zunächst komplizierte Zahlen, die aber stets untereinander in einem einfachen Verhältnis stehen.+ Diese Verhältnisse sind so einfach, daß man sie stets durch einstellige ganze Zahlen bezeichnen kann, also z. B. 1 : 2, oder 3 : 4, oder 4 : 7 usw.

Dieses Gesetz heißt: „+Gesetz der mehrfachen Gewichtsverhältnisse+“.

Durch die beiden Gesetze der „bestimmten“ und der „mehrfachen“ Gewichtsverhältnisse sind alle chemischen Vorgänge scharf gekennzeichnet. Ich hoffe, damit Ihre Frage in verständlicher Form beantwortet zu haben, und bitte Sie nur, mir Ihre Zweifel stets mitzuteilen.

Mit herzlichen Grüßen

Ihr

L. W.

4. Atom und Molekül.

(Eine Unterhaltung zwischen einem Laien und einem Chemieprofessor im Laboratorium.)

+Der Laie+: Lieber Professor, gestatten Sie mir, daß ich Ihren wissenschaftlichen Theorien den Vorwurf mache, daß sie unserem Laienverstand oft ein wenig +naiv+ vorkommen. Was will Ihre Wissenschaft z. B. mit der +Atomtheorie+ sagen! Ist es wirklich Ihr Ernst zu behaupten, daß die Teilbarkeit einmal eine Grenze haben soll? Daß man z. B. den Feinheitsgrad eines Pulvers durch Mahlen nicht über eine gewisse Stufe erhöhen könne? Uns Laien erscheint, offen gesagt, die Annahme geradezu lächerlich, daß ein so winziges Teilchen plötzlich gegen jeden weiteren Teilungsversuch eine unüberwindliche Widerstandskraft entwickeln soll, während wir mit unseren Sprengstoffen doch sogar Nickelstahlpanzer bequem in Teile zerlegen können. Wer ist eigentlich zuerst auf diesen absurden Gedanken gekommen?

+Der Professor+: Der Gedanke lag am Ende des 18. Jahrhunderts sozusagen in der Luft; klar ausgesprochen wurde er am Beginn des 19. Jahrhunderts zum erstenmal von demselben +John Dalton+ in Manchester, der die beiden Gesetze der einfachen und mehrfachen Gewichtsverhältnisse zuerst entdeckt hat. Was nun Ihre Einwände betrifft, so können Sie sich mit der Tatsache trösten, daß auch wir Fachgelehrten in der Anfangszeit unseres Chemiestudiums ebenso gedacht haben, wie Sie jetzt denken. Um so mehr dürfte es Sie interessieren, daß die Atomlehre in den hundert Jahren ihrer Entwicklung an Wahrscheinlichkeit nicht verloren, sondern im Gegenteil soviel gewonnen hat, daß heute wohl kein Chemiker im Ernst daran zu zweifeln wagt.

+Der Laie+: Das ist mir ganz unbegreiflich, und Sie machen mich ordentlich neugierig, die Gründe zu hören.

+Der Professor+: Die ältesten und noch immer nicht widerlegbaren Gründe für die Atomtheorie liefern uns die beiden Daltonschen Verbindungsgesetze (das der bestimmten und das der vielfachen Gewichtsverhältnisse). Hätte nämlich die Teilbarkeit der Stoffe keine Grenze, so müßten sich z. B. Blei und Sauerstoff in beliebigen Mengen miteinander verbinden lassen, so wie man etwa Spiritus und Wasser in beliebigen Verhältnissen miteinander mischen kann. Denn wenn schon das Blei den Sauerstoff anzieht und sich chemisch mit ihm verbindet, so ist nicht einzusehen, warum diese Verbindung nicht +kontinuierlich+ bis zu einem gewissen Sättigungsgrad erfolgt. Daltons Gedanke, die Eigenschaft der Teilbarkeit der Stoffe nur bis zur Größe der Atome gelten zu lassen, erklärt diese Tatsache augenblicklich in einer verblüffend einfachen Weise: ein kleinstes Bleiteilchen (Blei+atom+) verhält sich zu einem kleinsten Sauerstoffteilchen (Sauerstoffatom) dem Gewichte nach wie 1 zu 0,0773. Also besteht der chemische Prozeß bei der Verbrennung des Bleis einfach darin, daß sich je ein Bleiatom mit einem Sauerstoffatom verkettet. So erklärt sich sozusagen spielend das bestimmte Gewichtsverhältnis zwischen Blei und Sauerstoff, denn das sind eben die Gewichte der Atome. So erklärt es sich auch, warum es keine Übergangszustände gibt zwischen reinem Blei und reiner Bleiglätte, so etwa, wie man solche Übergangszustände zwischen reinem und verdünntem Spiritus kennt.

+Der Laie+: Das scheint mir wirklich überzeugend. -- Woher kommt denn der sonderbare Name „Atom“ für diese kleinsten Teilchen?

+Der Professor+: Das Wort kommt aus dem Griechischen und bedeutet „unteilbar“, unzerschneidbar.

+Der Laie+: Wie erklärt aber Daltons Atomtheorie die Tatsache, daß es außer der Bleiglätte noch zwei andere Sauerstoffverbindungen des Bleies gibt?

+Der Professor+: Hier gerade zeigt sich die Stärke dieser Lehre: sie betrachtet die kleinsten Teilchen des Bleisuperoxyds als Verkettungen von je +einem+ Bleiatom mit +zwei+ Sauerstoffatomen, wie folgende Zeichnung andeutet:

[Illustration: Abb. 7. Ein Molekül Bleisuperoxyd, wie es nach Daltons Vorstellung aussieht.]

und die Mennige als eine Verkettung von +drei+ Bleiatomen mit +vier+ Sauerstoffatomen:

[Illustration: Abb. 8. Ein Molekül Mennige enthält dagegen ein vierarmiges und zwei zweiarmige Bleiatome.]

Wenn Sie die Gewichtsverhältnisse dieser Atome nachrechnen, werden Sie genau dieselben Zahlen finden, welche wir früher als kennzeichnend für die drei Sauerstoffverbindungen des Bleis kennengelernt haben.

+Der Laie+: Nach Ihren Figuren zu schließen, würden diese Atome miteinander durch eine Art von +Armen+ verkettet sein.

+Der Professor+: Ja. Man nimmt dies an und nennt diese Striche „+Wertigkeits+“arme oder „+Valenzen+“ oder schlechthin „+Bindungen+“. Über sie wäre noch manches zu sagen.

+Der Laie+: An Ihren Zeichnungen fällt mir etwas auf, was ich mir nicht erklären kann. Angenommen, die Atome hätten wirklich solche Wertigkeitsarme, womit sie einander fassen und festhalten: so müssen wir doch annehmen, daß die Anzahl dieser Arme für jedes Atom Blei gleich groß bleibt. In Ihrer Abbildung 7 hat aber das Bleiatom vier Arme, ebenso das mittlere Bleiatom der Abbildung 8, während die beiden äußeren Bleiatome dieser Abbildung nur je zwei Arme haben. -- Wie geht das zu?

+Der Professor+: Ihre Frage rührt an eine kritische Stelle der Atomtheorie. Diese Lehre nimmt nämlich allerdings an, daß die Anzahl dieser Arme oder „+Valenzen+“ beim gleichen Atom wechseln kann. Sie nennt das Bleiatom in der Bleiglätte +zweiwertig+, weil es zwei Arme hat, dasjenige im Bleisuperoxyd vierwertig, weil es vier Arme hat; und sie nimmt mit gutem Grund an, daß in der +Mennige+ ein vierwertiges und zwei zweiwertige Bleiatome enthalten sind. Auf den ersten Blick erscheint diese Erweiterung der Atomlehre durch die +Wertigkeits+theorie, welche wir dem Chemiker +Kekulé+ verdanken, sehr willkürlich. Allein es sprechen gewichtige Tatsachen dafür. Bleiglätte löst sich nämlich in Salpetersäure auf, Bleisuperoxyd nicht. Behandelt man nun die zinnoberrote Mennige mit Salpetersäure, so lösen sich darin zwei Drittel ihres Bleigehalts auf, während das letzte Drittel ungelöst übrig bleibt. Dieses ist aber nun nicht mehr zinnoberrot, sondern dunkelbraun gefärbt: es besteht aus reinem Bleisuperoxyd.

+Der Laie+: Dieses Versuchsergebnis spricht allerdings sehr für die Richtigkeit der Wertigkeitslehre. Wenn nun, wie ich vermute, jedes Atom seine eigene und besondere Wertigkeit hat und damit auch noch wechseln kann, wie sollen wir Anfänger uns dies alles merken? Jod und Magnesium und Quecksilber und Eisen haben doch gewiß auch alle verschiedene Wertigkeiten?

+Der Professor+: Das „Merken“ ist hier, wie überall, Sache der praktischen Erfahrung und Übung. Jedoch werden wir vielleicht später im „+periodischen System der Elemente+“ ein Hilfsmittel kennen lernen, welches uns dieses Merken ganz außerordentlich erleichtert.

+Der Laie+: Von „+Atomen+“ kann man aber jedenfalls nur bei einfachen, chemisch unteilbaren Stoffen reden; denn die kleinsten Teilchen chemischer Verbindungen, wie z. B. der Mennige, bestehen offenbar aus einer Mehrzahl von Atomen.

+Der Professor+: Ja. Die Atome sind stets die kleinsten Teilchen der unzerlegbaren Stoffe, der „+Elemente+“. Die zerlegbaren Stoffe, welche aus Verbindungen der Elemente bestehen, müssen natürlich auch in ihren kleinsten Teilchen von jedem Element wenigstens ein Atom enthalten. Die kleinsten Teilchen solcher Verbindungen nennt man +Moleküle+ (vom lateinischen Wort ~molecula~, die kleine Masse).

+Der Laie+: Wie ist das nun: haben die Atome der verschiedenen Elemente lauter verschiedene Gewichte, oder gibt es auch gleich schwere darunter?

+Der Professor+: Sie sind alle voneinander verschieden, wenn auch manchmal nur um geringe Beträge, wie z. B. Nickel und Kobalt.

+Der Laie+: Ich habe in chemischen Lehrbüchern schon manchmal solche Zahlen gesehen, die als „Atomgewichte“ bezeichnet waren. Ich konnte und kann mir noch immer nicht vorstellen, wie man gerade auf diese Zahlen gekommen ist. Ich erinnere mich z. B., für Blei die Zahl 207 gesehen zu haben. Das soll doch heißen, daß das Bleiatom 207 mal schwerer ist als etwas anderes. Aber was ist dieses andere? Womit hat man sich die Atome gewogen zu denken?

+Der Professor+: Dieses andere ist das Wasserstoffatom. Es ist gewissermaßen das Grammgewicht im Gewichtskasten des theoretischen Chemikers. Blei hat wirklich das Atomgewicht 207; das heißt: sein Atom ist 207 mal schwerer als das Wasserstoffatom. -- Können Sie sich denn denken, wie man diese Wägung gemacht hat?

+Der Laie+: Ich denke, man hat sie überhaupt nicht gemacht, denn die Atome sind natürlich viel zu klein, um gewogen werden zu können. Aber das ist wohl auch gar nicht nötig, denn das Gesetz der bestimmten Gewichtsverhältnisse erspart uns ja diese Wägung. Man braucht wohl nur gemessen zu haben, wieviel Gramm Blei sich mit einem Gramm Wasserstoff verbinden, und so wird man wohl die Zahl 207 gefunden haben.

+Der Professor+: Sie haben beinahe recht. Die Sache wird nur dadurch ein wenig umständlicher, daß Blei und Wasserstoff sich anscheinend überhaupt nicht miteinander verbinden, wenigstens ist es bis jetzt nicht gelungen, eine solche Verbindung herzustellen. Man mußte daher das Atomgewicht des Bleis auf einem Umweg bestimmen. Man hat den Wasserstoff einer anderen chemischen Verbindung, nämlich der Schwefelsäure, durch Blei ersetzt und hat mit der Wage leicht feststellen können, wieviel Blei zum Ersatz von einem Gramm Wasserstoff notwendig war. Dabei war allerdings noch darauf Rücksicht zu nehmen, daß das Wasserstoffatom nach allen chemischen Erfahrungen stets nur einen Wertigkeitsarm besitzt, das Bleiatom aber in den meisten Verbindungen zwei solche hat. Also tritt in der Schwefelsäure ein Bleiatom stets an die Stelle von zwei Wasserstoffatomen. Das wahre Atomgewicht des Bleis muß daher doppelt so groß sein als die Zahl 103½, welche man auf diesem Umweg findet.

+Der Laie+: Das ist ja ein förmliches Schulbeispiel für die Wahrheit des Satzes: „Nah beieinander wohnen die Gedanken, doch hart im Raume stoßen sich die Sachen.“ -- Gibt es denn nun noch weitere Beweise für das Vorhandensein der Atome? Denn wir haben uns bisher doch nur auf die, allerdings sehr ernst zu nehmenden, Daltonschen Gesetze gestützt.

+Der Professor+: Die Gründe sind so zahlreich wie der Sand am Meer. Ich will ein paar von den auffallendsten herausgreifen. Da ist zunächst das sonderbare Verhalten der Gase in physikalischer und chemischer Hinsicht. Es weist geradezu auf eine Zusammensetzung aus kleinsten Teilchen hin. Es ist nämlich höchst merkwürdig, daß +alle+ Gase in physikalischen Beziehungen sich ganz gleichartig verhalten, wenn sie auch chemisch noch so verschieden zusammengesetzt sind. Sie werden von gleichen Drücken gleich stark zusammengepreßt und dehnen sich durch gleich starke Erwärmung um den gleichen Betrag aus. Dies gilt ebenso für das einfache, leichte Wasserstoffgas, wie für das schwere und zusammengesetzte Kohlensäuregas. Also muß dieses gleichartige Verhalten von der +chemischen+ Natur der Gase unabhängig sein.

+Der Laie+: Mit der +physikalischen+ Beschaffenheit der Atome kann es wohl auch nicht zusammenhängen: denn ein Wasserstoffatom ist doch viel kleiner und leichter als ein Kohlensäuremolekül? Ich kann mir nicht denken, welche physikalische Eigenschaft der Atome da noch ins Gewicht fallen könnte?