Titel: Daniell, Versuche mit einem neuen Registerpyrometer.
Autor: Daniell, Friedrich
Fundstelle: 1832, Band 46, Nr. LXIII. (S. 241–248)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj046/ar046063

LXIII. Weitere Versuche mit einem neuer Registerpyrometer zum Messen der Ausdehnung fester Körper. Von Hrn. Friedrich Daniell Esq., F. R. S., Professor der Chemie am Kings College zu London.

Fortsezung und Beschluß von S. 182. Bd. XLVI. des polytechn. Journals.

Ich brachte hierauf die beiden Stäbe in zwei Register, und räumte dann, nachdem ich den Ofen stark erhizt und die Luft- oder Muffelkammer selbst mit Kohks gefüllt hatte, einen Raum aus, in welchen ich diese Register stellen konnte, ohne daß sie an ihren Seiten mit dem Brennmateriale in Berührung kamen. Die beiden Enden der Register ruhten auf Ziegelstüken; das Register mit dem schmiedeisernen Stabe wurde zu Unterst gelegt und um die Dike des Registers weiter nach Vorn, als der gußeiserne Stab, welcher sich 2 Zoll hoch über dem schmiedeisernen Stabe befand. Hierauf wurden alle Oeffnungen geschlossen, und der Luftzug so stark als es nur möglich war, vermehrt. Nach einer Viertelstunde nahm ich das Register mit dem gußeisernen Stabe mittelst einer Zange heraus; allein, so wie ich dasselbe aufhob, floß das Metall an beiden Enden aus. Das Register mit dem schmiedeisernen Stabe wurde dann gleichfalls aus dem Ofen genommen und untersucht: hier konnte ich jedoch keine Spur von Schmelzung oder Oxydation des Eisens entdeken. Der Bogen beim Gußeisen maß 9° 47'; jener beim Schmiedeisen hingegen nur 7° 56'.

Ich konnte jedoch mit einigem Grunde vermuthen, daß das Register mit dem schmiedeisernen Stabe einer etwas geringeren Hize ausgesezt war, als das Register mit dem gußeisernen Stabe, indem ersteres zwar etwas näher gegen den Körper des Ofens, aber nicht so hoch über den Boden des Feuerzuges gebracht worden war, als lezteres, und daher, da die Flamme nach Aufwärts getrieben wurde, nicht so heftig von der Flamme getroffen werden konnte. Ich brachte daher den schmiedeisernen Stab neuerdings in das Register, und dieses ganz genau an jene Stelle, welche früher das Register mit dem gußeisernen Stabe eingenommen hatte. Als dieß geschehen war, bedekte ich das Ganze mit Kohlen, worauf ich das Feuer neuerdings bis auf den höchsten Grad trieb. Nach 20 Minuten nahm ich nun |242| das Register wieder heraus, wobei sich der gußeiserne Stab ganz unverändert, und weiß metallisch glänzend, ohne alle Oxydation, zeigte nur an den beiden Endöffnungen war es etwas bläulich. Der Bogen maß nun aber 11° 16'.

Aus diesen Versuchen läßt sich nun die Temperatur, bei welcher das Gußeisen schmilzt, auf viererlei Weise approximativ bestimmen und zwar

1) Wenn man die Ausdehnung des Gußeisens bei seinem Schmelzpunkte nimmt, und in der Voraussezung, daß das Verhältniß der Ausdehnung gleich bleibt, nach der Ausdehnung von 150° beim Siedepunkte des Wassers eine Berechnung anstellt, so erhält man, wenn man die anfängliche Temperatur von 60° hinzuzählt, 3096°.

2) Wenn man den Schmelzpunkt nach der Ausdehnung desselben Stabes bei 600° dem Siedepunkte des Queksilbers in der Voraussezung berechnet, daß das Verhältniß gleich bleibt, so erhält man 2489°.

3) Wenn man die Ausdehnung eines schmiedeisernen Stabes bei dem Schmelzpunkte des Gußeisens nimmt, und nach der Ausdehnung desselben Stabes bei 150° dem Siedepunkte des Wassers eine Berechnung anstellt, so erhält man 2957°.

4) Wenn man den Schmelzpunkt aus der Ausdehnung desselben Stabes bei 600° dem Siedepunkte des Queksilbers in der Voraussezung, daß die Ausdehnung in gleichmäßigem Verhältnisse Statt findet, berechnet, so erhält man 2533°.

Sehr merkwürdig ist hiebei, daß das Mittel dieser vier Berechnungen 2768° beträgt, während die corrigirte Temperatur, welche ich aus der Ausdehnung eines Platinnastabes bei seinem Eintauchen in geschmolzenes Gußeisen berechnete, wie man sich erinnern wird, 2786° beträgt.

Man wird bemerken, daß sowohl beim Schmied- als beim Gußeisen die Berechnung aus dem Verhältnisse der Ausdehnung beim Siedepunkte des Wassers ein höheres, die Berechnung aus dem Ausdehnungsverhältnisse beim Siedepunkte des Queksilbers hingegen ein niedrigeres Resultat gab, als das wahre Resultat ist. Hieraus ließ sich schließen, daß, obschon das Ausdehnungsverhältniß über die Temperatur des siedenden Wassers hinaus offenbar zunimmt, diese Zunahme doch nicht bis an's Ende fortwährt. Es ergibt sich übrigens aus diesem Factum noch ein anderer Schluß, welchen ich lieber anzunehmen geneigt bin.

Bei der Berechnung der Temperatur des schmelzenden Gußeisens aus der Ausdehnung des Platinnastabes wendete ich, in der Voraussezung, daß das Verhältniß der Zunahme der Ausdehnung, welches |243| die Platinna zwischen dem Siedepunkte des Wassers und jenem des Queksilbers zeigte, auch bei höheren Temperaturgraden dasselbe bleibe, eine Correction an. Dieß ist aber nicht der Fall, sondern es ist sehr wahrscheinlich, daß dieses Verhältniß steigt, und daß daher (obschon sich hierdurch beim Silber, dessen Schmelzpunkt in eine viel niedrigere Temperatur fällt, kein wesentlicher Unterschied in dem Endresultate ergeben dürfte) die Berechnung des Schmelzpunktes des Eisens, der um mehr als um den dritten Theil höher steht, doch merklich dadurch geändert werden dürfte. Ich halte es daher für sehr wahrscheinlich, daß der wahre Schmelzpunkt des Gußeisens unter 2786° fällt.

Die Gleichmäßigkeit in diesen Resultaten wird, wie ich hoffe, alle Zweifel, welche über die Tauglichkeit meines Pyrometers zur Bestimmung gewisser hoher Temperaturgrade erhoben werden könnten, heben, und sowohl Chemiker und Physiker, als Fabrikanten veranlassen sich desselben zur Lösung vieler in theoretischer und praktischer Hinsicht wichtiger Fragen zu bedienen. Die eben beschriebenen Versuche mit den schmiedeisernen Stäben heben sogar den unbedeutenden Einwurf, der sich wegen der Kostspieligkeit eines Platinnastabes gegen die allgemeinere Einführung meines Instrumentes hätte machen lassen. Ein schmiedeiserner Stab wird nämlich, wie aus diesen Versuchen erhellt, für alle in der Praxis vorkommenden Fälle ausreichen, und sogar noch den Vortheil einer weit deutlicheren Scala gewähren.

Der Zink sowohl als das Eisen scheinen, den Tabellen gemäß, eine Ausnahme von dem Geseze zu machen, nach welchem das Verhältniß der Ausdehnung bei zunehmenden Temperaturen zunimmt; indem nämlich die Ausdehnung bei 600° dem Siedepunkte des Queksilbers nicht vier Mal so groß, als die Ausdehnung bei 150° dem Siedepunkte des Wassers ist. Einige besondere, bei dem Versuche eingetretene Umstände erlauben mir jedoch nicht, in das Resultat, welches ich erhielt, volles Vertrauen zu sezen. Denn als ich das Register, nachdem es in Queksilber gesotten worden, öffnete, zeigte sich, daß der Dampf in dasselbe eingedrungen war und auf den Zink gewirkt hatte. Das Metall war nämlich fest in der Höhle angebaken, und konnte nur sehr schwer und in Stüken herausgebracht werden; an dem oberen Ende war der Stab beinahe zugespizt geworden, während das untere Ende bedeutend verdikt, und nach dem Boden des Registers abgemodelt war, gleichsam als wenn dasselbe zum Theil in Fluß gerathen wäre. Zugleich war dasselbe hart und brüchig geworden, und aus allem diesem ließ sich schließen, daß sich der Queksilberdampf wahrscheinlich bei einer unter dem Siedepunkte des Queksilbers stehenden Temperatur damit verbunden hatte, daß das hiedurch |244| gebildete Amalgam gegen die Basis des Stabes hinab floß, und daß das Queksilber später bei dem Siedepunkte des Queksilbers wieder ausgetrieben wurde.

Ich muß bei dieser Gelegenheit den nicht ganz uninteressanten Umstand bemerken, daß ich bei allen Versuchen, welche ich anstellte, auch nicht ein einziges Mal beobachtete, daß der Queksilberdampf auch dann auf die Metalle wirkte, wenn das Queksilber seine volle Siedehize erreicht hatte. Selbst Gold, welches doch eine so nahe Verwandtschaft zum Queksilber hat, kam wieder mit seiner schönen gelben Farbe, und ohne alle Fleken aus demselben; während es sogleich aufgelöst wurde, wenn sich das Queksilber bei gleicher Temperatur in flüssigem Zustande befand. Unter diesen Umständen ist es daher gewiß zweifelhaft, ob die Ausdehnung des Zinkes bei dem Siedepunkte des Queksilbers in dem angegebenen Versuche vollkommen richtig aufgezeichnet worden.

Anderer Seits ergibt sich aber zur Unterstüzung und Bekräftigung des eben erwähnten Resultates aus der Tabelle der Ausdehnungen der Legirungen, daß eine Legirung aus gleichen Theilen Kupfer und Zink dieselbe Anomalie darbietet, d.h. daß die Ausdehnung für die 600° beim Siedepunkte des Queksilbers nicht vier Mal so groß ist, als die Ausdehnung für die 150° beim Siedepunkte des Wassers. Bei der aus 3/4 Kupfer und 1/4 Zink bestehenden Legirung nimmt das Verhältniß der Ausdehnung in geringem Grade zu, und bei dem gewöhnlichen Messinge, in welchem eine noch geringere Menge Zink enthalten ist, ist diese Zunahme noch viel rascher.

Bei den Versuchen, die ich mit den Metall-Legirungen anstellte, hatte ich es mir hauptsächlich zur Aufgabe gemacht, das Verhältniß zu beobachten, welches zwischen der Ausdehnung des reinen Metalls und der Ausdehnung dieser Legirungen besteht; um dieses Verhältniß deutlicher zu zeigen, verfertigte ich Legirungen aus Kupfer und bekannten Multiplen von Zink und Zinn. Ich will hier nun in einer Tabelle die Temperaturen ihrer Schmelzpunkte, nach deren Ausdehnungen bei den Siedepunkten des Wassers und Queksilbers berechnet, angeben. Obschon ich diese Angaben nicht mit Resultaten, die ich direct durch Untertauchen der Legirungen erhielt, vergleichen kann, so läßt sich doch aus einer Vergleichung mit einer ähnlichen Berechnung für die reinen Metalle beurtheilen, in wie weit dieselben irrig seyn können.

|245|

Schmelzpunkte verschiedener Legirungen nach deren Ausdehnungen bei 212 und 662°, in der Voraussezung, daß dieselben gleichmäßig sind, berechnet.

Nach dem Verhältnisse
von 212°
Nach dem Verhältnisse
von 662°
Messing. 3/4 Kupfer, 1/4 Zink 1842° 1750°
Messing. 1/2 Kupfer, 1/2 Zink 1672 1910
Bronze. 15/16 Kupfer, 1/16 Zinn 1761 1690
Bronze. 7/8 Kupfer, 1/8 Zinn 1773 1534
Bronze. 3/4 Kupfer, 1/4 Zinn 1755 1446
Pewter. 4/5 Blei, 1/5 Zinn 403
Lettern- oder Schrift-Metall 507

In dieser Tabelle ist die Legirung aus gleichen Theilen Kupfer und Zinn, deren Ausdehnung bei dem Siedepunkte des Queksilbers ich in der vorlezten Tabelle angab, nicht aufgeführt. Diese Legirung war sehr hart und brüchig und glich dem Metalle, dessen man sich zu den Spiegeln für Reflectoren oder Reflections-Teleskope bedient; sie schien bei dem Untertauchen unter siedendes Queksilber eine theilweise Schmelzung eingegangen zu seyn, denn der Stab war angebaken, und hatte sich gegen sein unteres Ende hin verdikt. Ich glaube, daß dieselbe beinahe ihren Schmelzpunkt erreicht hatte; allein der Stab brach mir beim Herausnehmen, und ich konnte daher keinen neuen Versuch mit demselben anstellen.

Die Versuche, die ich mit diesen Legirungen anstellte, sind jedoch nicht so zahlreich, daß ich mit einiger Genauigkeit allgemeine Geseze über deren Ausdehnungen und über deren Schmelzpunkte aus denselben ziehen könnte; so viel erhellt übrigens daraus, daß dieser Gegenstand allerdings einer weiteren Erforschung und Untersuchung werth ist. Es scheint:

1) Daß die Ausdehnung der Legirungen nicht dem Mittel der einzelnen Bestandtheile gleichkommt, sondern daß dieselbe in einem gewissen Verhältnisse zu den relativen Quantitäten steht. So bemerken wir z.B., daß die Ausdehnung des Messings mit seinem Zinkgehalte zunimmt, so wie jene des Bronze's oder Glokenmetalles mit dem Zinngehalte zunimmt.

2) Daß die Ausdehnung des Messings so lange in einem steigenden Verhältnisse zur Zunahme der Temperatur steht, bis der Zinkgehalt beinahe die Hälfte beträgt, wo dann das Verhältniß abzunehmen scheint, gleich wie wir dieß auch bei dem reinen Zinke vermuthen. Aus diesem Grunde erscheinen die aus den Ausdehnungen bei dem Siedepunkte des Queksilbers berechneten Schmelzpunkte dieser Legirung sowohl als des Zinkes auch höher, als jene Schmelzpunkte, welche aus der Ausdehnung derselben bei dem Siedepunkte des Wassers |246| berechnet worden. Diesen Fall ausgenommen, ist es sehr wahrscheinlich, daß die aus dem höheren Ausdehnungsverhältnisse berechneten Schmelzpunkte der Legirungen den wirklichen Temperaturen beim Schmelzen sehr nahe kommen müssen.

3) Daß der Schmelzpunkt des Kupfers durch die Beimischung von 1/4 Zink beinahe auf das Mittel, welches sich aus den Verhältnissen der beiden einzelnen Metalle ergibt, reducirt wird; während bei einer Beimischung einer gleichen Menge Zinnes eine weit größere Verminderung eintritt. Die aus dem Mittel mit Zink berechnete Temperatur würde 1690° betragen, während die entsprechende Temperatur in der Tabelle 1750° beträgt. Die aus dem Mittel mit Zinn berechnete Temperatur wäre 1607°, während die entsprechende Temperatur bloß 1446° beträgt.

4) Daß man an dem Pewter eine ähnliche Eigenschaft den Schmelzpunkt eines anderen Metalles herabzudrüken findet, wie an dem Zinne; indem sich hier zeigt, daß eine Beimischung von 1/5 Zinn zu dem Bleie den Schmelzpunkt unter jenen der beiden reinen Metalle herabdrükt. Ich will dabei nur noch bemerken, daß eine Legirung aus 8 Theilen Wißmuth, der bei 476° schmilzt, aus 5 Theilen Blei, welches bei 612° flüssig wird, und aus 3 Theilen Zinn, dessen Schmelzpunkt auf 442° fällt, – bei 212° flüssig wird!

Ich will hier nun eine Tabelle beifügen, in welcher man die progressive Linearausdehnung solcher fester Körper, welche ich bei dem Siedepunkte des Wassers, bei jenem des Queksilbers und bei deren Schmelzpunkten, wenn sie ausgemittelt werden konnten, so wie ich sie mit dem Pyrometer gemessen habe, angegeben findet. Ich habe zu deren scheinbaren Ausdehnungen in dem Register die entsprechenden Ausdehnungen des Graphites hinzugefügt, wobei ich annahm, daß sich lezterer bei Temperaturen, welche über 662° betragen, gleichmäßig auszudehnen fortfährt, indem den früheren Versuchen zu Folge bei dieser Annahme kein wesentlicher Irrthum Statt finden dürfte.

Tabelle über die Linearausdehnungen fester Körper in der Hize.

Dimensionen, welche ein Stab annimmt, dessen Länge bei 62° 1,000,000 beträgt.

Bei 212°
(150°)
Bei 662°
(600°)
Bei dem Schmelzpunkte.
Graphitwaare 1,000,244 1,000,703
Wedgewood 1,000,735 1,002,995
Platinna 1,000,735 1,002,995 (1,009,926 war das Maximum, aber ohne Schmelzung.)
Schmiedeisen 1,000,984 1,004,483 (1,018,378 bis z. Schmelzpunkte des Gußeisens.)
Gußeisen 1,000,893 1,003,943 1,016,389
|247|

Dimensionen, welche ein Stab annimmt, dessen Länge bei 62° 1,000,000 beträgt.

Bei 212°
(150°)
Bei 662°
(600°)
Bei dem Schmelzpunkte.
Gold 1,001,025 1,004,238
Kupfer 1,001,430 1,006,347 1,024,376
Silber 1,001,626 1,006,886 1,020,640
Zink 1,002,480 1,008,527 1,012,621
Blei 1,002,323 1,009,072
Zinn 1,001,472 1,003,798
Messing, 1/4 Zink 1,001,787 1,007,207 1,021,841
Bronze, 1/4 Zinn 1,001,541 1,007,053 1,016,336
Pewter, 1/4 Zinn 1,001,696 1,003,776
Schriftmetall 1,001,696 1,004,830

Die Regelmäßigkeit dieser Ausdehnungen wird Jedermann überraschen. So lange ein Metall einen festen Zustand beibehält, schreitet dessen Ausdehnung ohne alle plözliche Sprünge oder Veränderungen nach einem feststehenden bestimmten Geseze fort; wenn dasselbe aber endlich eine flüssige Form annimmt, so wirkt es auf eine verschiedene Art.

Am Schlusse dieser Beobachtungen erlaube ich mir noch die Resultate einiger Versuche vorzutragen, die ich anstellte, um wo möglich die Ursache zu bestimmen, welche die Veränderung, die der Platinnastab bei der früher erwähnten starken Erhizung in dem Register erlitt, bewirkte. Ich zeigte den auf die beschriebene Weise veränderten Stab mehreren Sachverständigen, welche mit der Bearbeitung und dem Verhalten der Platinna innig vertraut waren, und alle schrieben die Veränderung, die er eingegangen war, der Einwirkung des Schwefels zu. Niemand konnte mir aber erklären, wie zu dieser Einwirkung eine so hohe Temperatur nöthig war, indem derselbe Stab bei dem Schmelzpunkte des Gußeisens, dem ich ihn wiederholt aussezte, keine Veränderung erlitt, sondern vollkommen weich und hämmerbar blieb.

Der Bulletin des Hrn. Ferussac vom November 1830 enthält einen Auszug aus meiner früheren Abhandlung, in welchem der Verfasser dieses Auszuges mit der Bemerkung schließt, „daß ich in den Tiegel, in welchem das Register und der Platinnastab enthalten war, unglüklicher Weise auch einige Stüke Eisen brachte, indem ich wahrscheinlich nicht wußte, daß die bloße Gegenwart von Eisen hinreicht die Platinna brüchig zu machen, wie Jedermann, der mit Platinna arbeitete, wisse.“

Ich habe viele der englischen Platinna-Arbeiter hierüber befragt, allein keiner wußte etwas von dieser Eigenschaft des Eisens. Wenn ich nun ferner noch in Anschlag bringe, daß der Platinnastab in dem Register durchaus nicht mit den eisernen Nägeln in Berührung kam, |248| und daß ich überdies den Platinnastab in geschmolzenes Eisen untertauchen durfte, ohne daß derselbe auch nur die geringste Veränderung erlitt, so sehe ich nicht ein, wie die Veränderung, welche Statt fand, von diesem Umstande herrühren konnte.

Um nun diese Zweifel zu lösen, nahm ich 116 Grane der brüchig gewordenen Platinna, welche ich in einem stählernen Mörser mit Mühe zu einem feinen Pulver zerrieben hatte, und kochte dieselben so lange mit Salpetersalzsäure, bis sie sich vollkommen aufgelöst hatten. Eine geringe Menge dieser Auflösung erzeugte in einer Auflösung von salzsaurem Baryte eine kaum merkliche Trübung, die, wie ich glaube, bloß von einer leichten Verunreinigung der Säuren herrührte, und keineswegs von einer in dem Metalle enthaltenen Spur Schwefel. Ich dampfte nun die Auflösung, die ich erhallen hatte, so weit ab, bis sie eine gallertartige Consistenz annahm, und goß dann in diesem Zustande Alkohol auf dieselbe, worauf, da noch überschüssige Säure vorhanden war, eine heftige Entwikelung von salpeterigem Gase erfolgte. Den Rükstand dampfte ich bis zur Trokenheit ein, worauf ich ihn dann so lange erhizte, bis sich das Platinnasalz von selbst entzündete, und eine schwammige Masse zurükließ. Diese Masse digerirte ich neuerdings mit Salpetersalzsäure, und die Auflösung dampfte ich neuerdings bis zur Trokenheit ein. Nun löste ich die salzsaure Platinna in Wasser auf, wobei mir ein sandiger Rükstand blieb, der, gut ausgewaschen und bis zur Rothglühhize erhizt, eine graulich-weiße Farbe hatte, 3,5 Grane wog, und alle Eigenschaften der Kieselerde besaß. Es unterliegt daher, wie mir scheint, keinem Zweifel mehr, daß die Platinna bei der hohen Temperatur, der sie ausgesezt war, 3 Procent Kieselerde, oder vielmehr eine dieser Quantität entsprechende Menge Silicium aufnahm, und dadurch auf die angegebene Weise in ihren Eigenschaften verändert wurde. Zu dieser Verbindung scheint jedoch ein Hizgrad nöthig, der weit über dem Schmelzpunkte des Gußeisens steht; der ganze Proceß scheint einige Analogie mit jenem zu haben, nach welchem das Eisen bei der Verwandlung in Stahl durch die sogenannte Cementation eine gewisse Menge Kohlenstoff aufnimmt.69)

|248|

Die von Hrn. Daniell beschriebene Verbindung der Platinna mit der Basis der Kieselerde wurde schon früher von den HH. Descotils und Chenevix beobachtet, die dieselbe jedoch für ein Platinna-Carburetum hielten. Boussingault untersuchte sie neuerdings, und fand, daß sie wirklich aus Silicium und Platinna bestünde. Die HH. Descotils und Chenevix erhielten sie durch Erhizen der Platinna mit Kohle, so wie sie Hr. Daniell durch Erhizung der Platinna in Graphitgefäßen erhielt. Boussingault fand, daß dieselbe hingegen keineswegs erzeugt wird, wenn man die Platinna mit Lampenschwarz erhitzt. (Aus dem Philos. Magaz. and Journ. of Sc.)

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