Titel: Payen, Verfahren, Eisen und Stahl gegen den Rost zu schüzen.
Autor: Payen, Anselme
Fundstelle: 1832, Band 46, Nr. LXXI. (S. 267–273)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj046/ar046071

LXXI. Neues Verfahren das Eisen und den Stahl gegen die Oxydation (den Rost) zu schüzen; von Hrn. Payen.

Aus den Annales de Chimie et de Physique. Julius 1832, S. 305.

Als ich in einer graduirten Röhre über Queksilber einem Volumen gesättigter Aezkaliauflösung von 22° C. (17° R.) Temperatur ein gleiches Volumen Seinewasser zusezte, bemerkte ich nach dem Schütteln und nachdem die Flüssigkeit erkaltet und in Ruhe gekommen war, daß sich eine Quantität Luft entwikelt hatte, die 0,017 vom Volumen des angewandten Wassers betrug und daß sich die ganze Flüssigkeit um 0,045 vom Volumen desselben Wassers zusammengezogen hatte; als man lezteres für sich in einem geschlossenen Apparate kochte, gab es 0,018 seines Volumens Luft und 0,005 Kohlensäure. Die Beimischung der Kaliauflösung oder vielmehr ihre Verbindung mit dem Wasser, verminderte also das Volumen dieses lezteren auf eine merkwürdige Weise und ließ darin nur noch ein Tausendstel atmosphärischer Luft zurük.

Ich dachte über die nüzlichen Anwendungen nach, welche man von einer Flüssigkeit machen könnte, die keine freie Kohlensäure enthält und auch fast von aller Luft, welche gewöhnlich das natürliche Wasser enthält, befreit ist; zuerst versuchte ich sie zur Aufbewahrung oxydirbarer Körper, besonders des Eisens und Stahles zu verwenden.

Es wurden daher verschiedene Gegenstände aus geschmiedetem Eisen, gefeiltem Eisen und polirtem Stahl in diese Flüssigkeit getaucht.

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Da sich nach drei Tagen das Eisen noch gar nicht oxydirt hatte, was doch im Wasser bekanntlich sehr schnell geschieht, so versuchte ich mir eine ähnliche Flüssigkeit auf eine wohlfeilere Weise zu verschaffen und verdünnte käufliche äzende Sodalauge mit ihrem doppelten Gewicht Wasser.

Verschiedene Gegenstände von Eisen und Stahl wurden hineingetaucht.

Nach drei Monaten hatten alle diese Gegenstände noch ihre Politur und ihren Metallglanz; es zeigte sich keine Spur von Oxydation an irgend einem Theile und ihr Gewicht war auch ganz unverändert.

Ich hatte bemerkt, daß Luftblasen, wenn sie auch lange Zeit an der Oberfläche eingetauchter eiserner und stählerner Gegenstände hafteten, keine Oxydation verursachten; hieraus schloß ich, daß, um das angegebene Resultat zu erzielen, die Beseitigung der Luft keine wesentliche Bedingung seyn dürfte, weil ihre Wirkung durch den Einfluß des Kalis oder Natrons geschwächt werden kann; anderer Seits hatte ich gefunden, daß sich die Flüssigkeit um so weniger zusammenzieht und um so weniger Luft entwikelt wird, je weniger Kali oder Natron man anwendet.

Ich versuchte daher, ob durch eine schwache Auflösung von Aezkali die Oxydation des Eisens nicht verhindert werden kann. Gewöhnliches Wasser, dem man nur 0,02 gesättigter Kaliauflösung zusezte, entwikelte nur 0,0005 seines Volumens Luft, und dennoch erhielten sich Gegenstände aus Eisen die man hineintauchte, darin unverändert.

Hr. Thenard, dem ich diese neuen Thatsachen mittheilte, sah darin einen bisher unbekannt gewesenen Einfluß der Alkalität und rieth mir die Glänzen dieser Wirkung so wie das Verhalten der kohlensauren Alkalien und des Kalkwassers auszumitteln. Ich stellte daher die folgenden Versuche an, die ich noch auf die Ammoniakauflösungen und auch auf das borsaure Natron, das bekanntlich alkalisch reagirt, ausdehnte.

Eine gesättigte Auflösung von kohlensaurem Natron, mit ihrem gleichen Volumen Wasser verdünnt, entwikelte nur ungefähr ein Tausendstel ihres Volumens Luft; das Eisen hielt sich darin gut; in einer solchen gesättigten Auflösung, die mit ihrem fünfundzwanzigfachen Volumen Wasser verdünnt worden war, ließ sich das Eisen ebenfalls, ohne eine Veränderung zu erleiden, aufbewahren.

Eine gesättigte Auflösung von borsaurem Natron (Borax), die mit ihrem gleichen Volumen Wasser verdünnt war und ein Gemisch von Wasser und flüssigem Ammoniak in denselben Verhältnissen, entwikelten |269| durchaus kein Gas, zogen sich auch nicht merklich zusammen, und doch ließ sich darin das Eisen, ohne eine Oxydation zu erleiden, aufbewahren.

Gesättigtes und selbst mit einem gleichen Volumen Wasser verdünntes Kalkwasser schüzten das hineingetauchte Eisen vollkommen gegen Oxydation.

Um die Gränzen des Einflusses der Alkalität auf die Erhaltung des Eisens zu bestimmen, verdünnte ich ein Volumen Aezkaliauflösung, die bei 22° C. (17° R.) gesättigt war, mit 100, 200, 300, 400 und 500 Volumen Wasser.

Da aber alle diese Auflösungen dem Eisen seinen Metallglanz erhielten, so wollte ich vor Allem mich überzeugen, ob die genaue Sättigung (oder Beseitigung) der im Wasser enthaltenen Kohlensäure nicht schon zur Verhinderung der Oxydation hinreicht.

In dieser Absicht brachte ich in eine flache Schale unter eine Gloke Wasser, welches durch Sieden von Luft und Kohlensäure befreit war und ein Stük gefeilten Eisens enthielt. Die unter der Gloke eingeschlossene Luft war von Kohlensäure und Ammoniak durch die Gegenwart überschüssigen Kalkhydrats und verdünnter Schwefelsäure gereinigt. In Verlauf einiger Stunden schien das Eisen keine Veränderung zu erleiden; sobald aber die Oxydation begann, schritt sie eben so schnell vorwärts wie in Wasser, das Kohlensäure enthält.

Ich verfolgte nun meine Untersuchungen, ganz überzeugt, daß Ich eine andere Gränze als die bloße Sättigung des Alkalis (durch Kohlensäure) finden würde.

Die gesättigte Kaliauflösung, mit 1000 und sogar mit 2000 Theilen Wasser verdünnt, erhielt das Eisen noch ganz gut, als sie aber durch einen Strom Kohlensäure neutralisirt wurde, veranlaßte sie die Oxydation wie gewöhnliches Wasser.

Dieselbe gesättigte Kaliauflösung, mit 4000 oder 3000 Theilen Wasser verdünnt, hatte nicht mehr die Eigenschaft das Eisen frei von Oxydation zu erhalten, obgleich die Reaction dieser Flüssigkeit auf die rothe Lakmustinctur bewies, daß nicht nur die Kohlensäure neutralisirt, sondern noch ein geringer Ueberschuß von Kali vorhanden war.

Die Gränze des Einflusses der Alkalität, welche fähig ist das Eisen gegen den Rost zu schüzen, liegt also für gewöhnliches Wasser, das 0,005 Kohlensäure enthält, zwischen 1/2000 und 1/3000 seines Volumens Kaliauflösung, die bei 20° C. (17° R.) gesättigt ist.

Das bei einer Temperatur von 20° C. gesättigte Kalkwasser, selbst mit seinem dreifachen Volumen Wasser verdünnt, erhält das Eisen noch gut; diese schwache Auflösung entspricht ungefähr 1/3000 ihres Gewichtes reinem Kalk. Verdünnt man die Flüssigkeit noch mit |270| dem vierten Theile ihres Volumens, so erhält sie das Eisen nicht mehr unverändert.

Eine bei einer Temperatur von 20° C. gesättigte Auflösung von kohlensaurem Natron zeigt, wenn sie mit ihrem 49 und selbst 54fachen Volumen Wasser verdünnt wird, noch dieselbe Eigenschaft; mit 59 Theilen Wasser verdünnt, schüzt sie das Eisen nicht mehr gegen den Rost.

Die Auflösung des borsauren Natrons kann mit ihrem 6fachen Volumen Wasser verdünnt werden, ohne an Wirksamkeit zu verlieren, wenigstens oxydirte sich im Verlauf von 15 Tagen das Eisen darin nicht. In diesem lezteren Falle ist die im angewandten Wasser enthaltene Kohlensäure nicht gesättigt und auch der kohlensaure Kalk nicht niedergeschlagen.

Alle diese Auflösungen, welche allmählich mehr verdünnt, das Eisen nicht mehr schüzten, reagirten jedoch noch alkalisch.

Durch diese Versuche wird ein wichtiges Problem gelöst: man ist nämlich jezt im Stande eine Menge werthvoller Gegenstände, wie Münzen und Stahlplatten von berühmten Künstlern gegen das Verderben zu schüzen. Es werden daraus ohne Zweifel auch praktische Methoden zur Aufbewahrung anderer eiserner und stählerner Gegenstände hervorgehen.

Am verläßlichsten dürfte zur Aufbewahrung dieser Gegenstände eine Flüssigkeit seyn, die auf einen Theil Kali 500Theile Wasser enthält. Die Gefäße von verschiedener Größe, welche man hiezu verwendet, können übrigens aus Blech, Blei, Stein und sogar aus Holz bestehen; man füllt sie, nachdem die aufzubewährenden Stüke hineingelegt sind und leert sie, wenn man sie wieder herausnehmen will.

Unter den verschiedenen Anwendungen die sich von meiner Entdekung machen lassen, bemerkten der Graf Réal, Hr. Harel u.a., sobald ich sie ihnen mittheilte, folgende specielle, die ich hier angebe, weil sie vielleicht auf viele andere führen dürften.

Im J. 1813 wünschte der Kaiser Napoleon die Fabrikation von Flintenläufen nach einem von dem Grafen Réal angegebenen Verfahren in Gang kommen zu sehen, welches darin bestand, Eisendraht von bestimmter Form, Länge und Dike zusammen zu walzen und zu schweißen. Nach den Juliustagen wollte der Graf Réal diese Operation wieder vornehmen. Die größte Schwierigkeit bestand aber darin, den Eisendraht von dem Augenblike an, wo er aus dem Drahtzuge kommt, bis zu der Zeit, wo er geschweißt werden muß, gegen alle Oxydation zu schüzen: diese Schwierigkeit würde durch meine neue Methode beseitigt werden. Der Graf Réal wird daher auch die Sache wieder vornehmen. Vielleicht wäre zu diesem Zwek eine |271| Auflösung von Borax, welcher bei dem späteren Schweißen nüzlich ist, den anderen alkalischen Substanzen vorzuziehen; sie würde außerdem den Vortheil darbieten, daß sie im Flußwasser keinen kohlensauren Kalk niederschlüge, was sowohl die äzenden und kohlensauren Alkalien als das Kalkwasser thun.

Hr. Harel glaubte die Bewegungen aller Maschinen, die durch Gegengewichte getrieben werden, dadurch auf den höchsten Grad von Einfachheit bringen zu können, daß man statt der Zahnräder, welche den Fall des Gewichtes an Wirkung schwächen, die Wirkung des Wassers benuzt, das sich in einem Cylinder deplacirt. Zwei Bedingungen schienen aber schwer zu erfüllen, nämlich die Oxydation des Metalles zu verhindern und das Gewicht des Wassers zu vergrößern, ohne dem cylindrischen Gefäße aus Eisenblech, das es enthält, zu schaden. Dieses Problem wird durch die Anwendung einer concentrirten alkalischen Auflösung vollkommen gelöst.

Hr. Serbat erinnerte sich bei dieser Gelegenheit auch, daß einer unserer ersten Fabrikanten von verzinntem Eisenblech, Hr. Mertian, ihn ein Mal ersuchte auf ein Mittel zu denken, wodurch man Blechstüke für den Zeitraum zwischen dem Reinigen (Beizen) und Verzinnen gegen die Oxydation schüzen kann. Mein Verfahren scheint auch dieses Problem zu lösen.

Hr. Saulnier, Mechaniker der Münze, taucht die gefeilten Gegenstände in eine schwach alkalische Auflösung, damit sie in der Zwischenzeit der Arbeit nicht rosten. Er wird dieselbe Auflösung in den hydraulischen Pressen an Statt des gewöhnlichen Wassers (welches auf das Eisen wirkt, sich mit Rost überladet, die Ventile und die Röhren verunreinigt etc.) anzuwenden versuchen. In allen diesen Fällen (ausgenommen bei dem Borax) wird man gut thun, wenn man die Auflösung sich sezen läßt und nur die klare Flüssigkeit abzieht.

Endlich will Hr. Dr. Breschet, Professor der Anatomie etc., dasselbe Verfahren zur Aufbewahrung der chirurgischen Instrumente versuchen.

Das Eintauchen der aufzubewahrenden Gegenstände wird nicht immer anwendbar seyn; kann man es vielleicht durch alkalische Ueberzüge für sich oder solche die mit Firniß bedekt sind, ersezen? Dieß scheint mir wahrscheinlich und ich habe darüber auf die Einladung des Hrn. Thenard auch bereits einige Versuche angestellt.

Eine gesättigte Kaliauflösung wurde mit ihrem doppelten Volumen Wasser verdünnt, mit Traganth verdikt und dann ein frisch gereinigter Flintenlauf mit einer dünnen Schichte davon überzogen; man brachte ihn nebst einem anderen Flintenlauf zum Vergleich in einen |272| Keller; nach fünfzehn Tagen war dieser leztere ganz mit Rost bedekt, während der erstere seinen Metallglanz vollkommen beibehalten hatte.

Die alkalischen Ueberzüge, wodurch man das Eisen und den Stahl gegen den Rost schüzen kann, dürften für das Eisenwerk im Inneren der Mauern sich sehr nüzlich erweisen, da durch die schnelle Zerstörung desselben oft die Festigkeit wichtiger Gebäude gefährdet wird. Sie werden ohne Zweifel auch mit Vortheil für die Eisenwaaren, welche man in den Magazinen aufbewahrt, angewandt werden können; für diese würde es aber vielleicht auch hinreichend seyn, wenn man sie von Zeit zu Zeit begießt.

An feuchten Orten möchten zu diesem Zwek die weniger hygrometrischen Natronauflösungen den Kaliauflösungen vorzuziehen seyn und umgekehrt; sie dürften beide durch Kalkwasser nur unter solchen Umständen zu ersezen seyn, wo man nicht befürchten darf, daß die Kohlensäure der Luft unauflöslichen kohlensauren Kalk bildet.

Resumirt man die in dieser Abhandlung enthaltenen Thatsachen, so findet man:

1) Daß durch die Verbindung mehrerer Auflösungen mit dem Wasser Luft entwikelt wird und die Flüssigkeit eine Contraction erleidet;

2) Eine neu entdekte allgemeine Eigenschaft der Alkalität.

3) Die Gränze dieser Wirkung, die nicht so weit ausgedehnt ist, als diejenige, welche die Alkalität unter dem Einfluß der Reagentien offenbart.71) 72)

4) Die ersten Indicien von praktischen Verfahrungsarten, welche mit der Zeit einen großen Einfluß auf einige der zahlreichen Anwendungen des Eisens und Stahles haben dürften.

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Dieser obscure Saz des Hrn. Payen soll eigentlich Folgendes sagen: Wenn ein äzendes oder basisch kohlensaures Alkali mit mehr und mehr Wasser verdünnt wird, so tritt eine Gränze ein, wo die Flüssigkeit zwar das Eisen nicht mehr gegen den Rost schüzen kann, aber auf geröthetes Lakmuspapier doch noch alkalisch reagirt.

A. d. R.

|272|

Nahe dieser Gränze, wo das Eisen nicht mehr geschüzt wird, findet die Oxydation nur auf wenigen Punkten Statt, schreitet sehr langsam vor und bildet eine Art Auswüchse, welche mehrere Tage lang eine grünlich braune Farbe beibehalten. Dieß veranlaßt mich zu untersuchen, ob nicht einige unwahrnehmbare Theilchen von Oxyd oder einer anderen Substanz, die dem Eisen anhängt, die Mittelpunkte für eine spätere Oxydation bilden, wodurch sich auch noch erklären würde, warum die ganze übrige Oberfläche sehr lange ihren Metallglanz und die alkalische Auflösung ihre Klarheit beibehält.

Im gewöhnlichen Wasser sind die Erscheinungen der Oxydation ganz verschieden. Ungefähr 20 Minuten nach dem Eintauchen des (auf seiner ganzen Oberfläche gefeilten) Eisens stellt sich eine sehr dünne schillernde Wolke ein. Diese schwache Trübung nimmt allmählich an Raum und Intensität zu; nach einer Stunde geht ihre merklich bräunliche Farbe allmählich in Rostgelb über; es bildet sich ein Saz fast auf der ganzen Oberfläche des Eisens und auf dem Boden des Gefäßes. Nun ist die Wirkung allgemein, während sie bei alkalischen Auflösungen, die zu schwach sind, um die Oxydation zu verhindern, nur stellenweise und in geringem |273| Grade Statt findet. Es ist also wahrscheinlich, daß die hier angegebenen Gränzen (bis auf welche man in der Praxis nicht ein Mal steigen darf) für das reine Eisen im Gegentheil noch zu gering gestekt sind. Leztere Beobachtung dürfte ein Mal ein Mittel an die Hand geben, den Grad der Reinheit dieses Metalles annäherungsweise zu bestimmen.

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