Titel: Bunsen, über Bereitung einer Kohle für galv. Batterien.
Autor: Bunsen, Robert Wilhelm
Fundstelle: 1842, Band 84, Nr. LXXIV. (S. 379–385)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj084/ar084074

LXXIV. Ueber Bereitung einer das Platin in der Grove'schen Kette ersezenden Kohle; von R. Bunsen.

Aus Poggendorff's Annalen der Physik und Chemie, 1842, Nr. 2.

Mit Abbildungen auf Tab. VI.

Die neue und wichtige Anwendung, welche das Platin durch Grove's schöne Entdekung gefunden hat, macht es sehr wünschenswerth, dieses kostbare Metall durch eine wohlfeilere Substanz ersezen zu können. Man hat daher schon vor längerer Zeit sowohl den natürlich vorkommenden, als auch den in den Gasretorten sich absezenden Graphit zu diesem Zweke in Vorschlag gebracht. Allein die Schwierigkeit, welche die ungewöhnliche Festigkeit dieses Stoffes seiner mechanischen Bearbeitung entgegenstellt, noch mehr aber die Unmöglichkeit, ihn in Stüken von beliebiger Form und Oberflächenausdehnung herzustellen, sind wenig geeignet gewesen, die Erwartungen zu rechtfertigen, zu denen die Wohlfeilheit dieses Materials zu berechtigen schien. Es ist daher auch, so viel ich weiß, dieser Vorschlag niemals allgemeiner in Ausführung gebracht worden. Ich habe mich dagegen durch Versuche überzeugt, daß diese Schwierigkeiten, welche der allgemeinen Anwendung der Kohle bisher im Wege standen, zu beseitigen sind, indem die Modification des Kohlenstoffs, welche man durch heftiges Glühen kohlenstoffreicher organischer Stoffe erhält, und die in Beziehung auf ihre Leitungsfähigkeit und elektromotorische Kraft selbst das Platin unter Umständen noch an Wirksamkeit übertrifft, in einer Form erhalten werden kann, worin sie sich mit der größten Leichtigkeit bearbeiten und in die für die speciellen Zweke ihrer Anwendung geeignete Gestalt bringen läßt. Man erhält eine diesen Bedingungen vollkommen genügende Masse durch Glühen eines durchgesiebten Gemenges von völlig ausgeglühten Coaks mit ebenfalls fein pulverisirten möglichst bakenden Steinkohlen, die man in dem annähernden Verhältnisse von 1 zu 2 miteinander vermischt. Zeigt sich die Masse nach dem Glühen zu zerreiblich und loker, was bei Anwendung weniger fetter Steinkohlen der Fall zu seyn pflegt, so muß das Verhältniß der lezteren gegen das der Coaks vermehrt werden. Ist dagegen die Steinkohle überwiegend, so zerklüftet sich die Kohle in einzelne, nicht zusammenhängende Stüke. Hat man das richtige Verhältniß der Gemengtheile für eine Kohlenart einmal ermittelt, so ist ein Mißlingen der Darstellung später nicht mehr zu befürchten. Das Glühen geschieht bei mäßigem Kohlenfeuer in eisensblechernen Formen, welche zehn bis zwölf Operationen aushalten. Ueberssteigt |380| der Durchmesser dieser Formen 5 bis 6 Zoll, so gelingt es nur selten, eine von Rissen ganz freie Kohle zu erhalten. Dagegen lassen sich ohne Schwierigkeit hohle Cylinder von noch größeren Dimensionen darstellen, wenn man eine cylindrische Schachtel in die Form stellt, und den Zwischenraum zwischen der hölzernen und eisernen Wandung mit dem Kohlengemenge ausfüllt.

Die bedeutende Volumenveränderung, welche die Kohle bei dem Glühen erleidet, erlaubt es nicht, diese Schachtel durch eine Blechrolle zu ersezen. Die auf diese Art bereitete Kohlenmasse besizt zwar schon eine hinlängliche Festigkeit, allein sie gestattet in dieser Form, wegen ihrer großen Porosität, noch keine Anwendung. Um ihr die nöthige Dichtigkeit und eine den härteren Gesteinen an Festigkeit kaum nachstehende Beschaffenheit zu ertheilen, tränkt man sie vor dem zweiten Glühen in concentrirte Zukerlösung, zu der man die schlechtesten Zukerabfälle benuzen kann, und troknet sie darauf, bis der Zuker in der Form wieder fest geworden ist. Leitungsfähigkeit und elektromotorische Kraft erlangt die Kohle erst dadurch, daß man sie in einem mit Kohlenstüken angefüllten, bedekten, feuerfesten Gefäße der mehrstündigen Einwirkung einer starken Weißglühhize aussezt, was am leichtesten in einem gewöhnlichen Töpferofen geschieht. Die nach diesen Angaben bereitete Kohle ist vollkommen homogen, wenig porös, nicht im mindesten abfärbend, klingend, von metallischem Ansehen, und so fest, daß ein 6 Loth schwerer, 3 Linien diker hohler Cylinder, ohne zu zerbrechen, 4 bis 6 Fuß tief auf Holz herabfallen kann. Zur Anfertigung von Kohlenplatten bedient man sich am besten kubischer Kohlenstüke, die sich vermittelst einer Holzsäge in Linien diken Scheiben schneiden und auf einer Sandsteinplatte eben schleifen lassen. Aus einem solchen Kubus, dessen Werth kaum einige Groschen beträgt, erhält man acht bis zehn solcher Scheiben, die, mit amalgamirtem Zink wie in einer Grove'schen Batterie combinirt, in ihrer Wirkung einer Platinmasse gleichkommen, deren Handelspreis 25 bis 30 Thaler beträgt. Auf ähnliche Weise lassen sich von zwei 7 Zoll langen massiven Kohlencylindern gegen 100 kreisrunde Scheiben absägen, die mit amalgamirten Zinkplatten und einer Erregerflüssigkeit aus verdünnter Schwefelsäure und saurem chromsaurem Kali, das, ohne auf das Zink zu wirken, die Stelle der Salpetersäure in der Kohle vertritt, zu einer Säule aufgebaut, die kräftigsten Wirkungen erzeugt. Die Kohle besizt in dieser Combination, abgesehen von ihrer größeren Wirkung, besonders den Vorzug, daß sie sich nicht amalgamirt, und daß man dabei der bei dem Kupfer so lästigen Operation des Abscheuerns überhoben ist, da es hinreicht, sie in der Erregerflüssigkeit aufzubewahren, und nur von Zeit zu Zeit mit derselben auszukochen, |381| um das in den Poren sich absezende Chromoxyd zu entfernen. Statt der Platten wendet man die Kohlen noch zwekmäßiger in der Form hohler Cylinder an, die sich ohne Schwierigkeit von solchen Dimensionen anfertigen lassen, daß ihre Gesammtoberfläche einen Quadratfuß beträgt. Die rohe Bearbeitung dieser Cylinder geschieht, vor ihrem Eintauchen in Zukerlösung, vermittelst einer Reibe aus Blech; um sie genau cylindrisch und eben zu erhalten, dreht man sie nach dem zweiten Glühen mit der Hand durch Einschleifen in einem mit gezahntem Rande versehenen Blechcylinder von Innen und Außen ab.70)

Das Eindringen von Flüssigkeiten bis in diejenigen Theile der Kohle, welche mit Metallen in leitende Verbindung gesezt werden sollen, vermeidet man dadurch, daß man diese Theile in Wachs tränkt, welches von der Kohle aufgesogen wird und ihre Capillarität gegen andere Flüssigkeiten aufhebt, ohne die Leitungsfähigkeit auf eine bemerkbare Weise zu schwächen.

Unter allen Apparaten, deren Form für eine Anwendung der Kohle geeignet ist, scheint mir die Fig. 16 dargestellte den Vorzug zu verdienen. a, a ist eine mit Salpetersäure angefüllte Glaszelle, 4 Zoll hoch und von angemessener Weite; b ein darin befindlicher hohler Kohlencylinder mit 1¼ bis 2 Linien diker Wandung und 1¾ bis 2 Zoll innerem Durchmesser; c eine mit verdünnter Schwefelsäure angefüllte poröse Thonzelle; d ein in dieser Säure stehender amalgamirter Zinkcylinder, der durch den Zinkstreifen e mit der Kohle der nächsten Zelle in Verbindung steht. Diese Verbindung geschieht vermittelst eines senkrecht stehenden Fortsazes der Kohle, über welchen man eine kleine Kappe von dünnem Platinblech stekt, gegen die der vom Zinkcylinder ausgehende aufwärts gebogene Metallstreifen vermittelst einer aufgestekten Klammer gepreßt wird. Obgleich dieser Kohlenfortsaz kaum 1 bis 2 Linien dik ist, so gewährt er doch eine mehr als hinlängliche Festigkeit, um den Druk der Klammer ohne Abnuzung zu ertragen. Versieht man die Glaszellen mit einer aufgeschliffenen Glaskapsel, Fig. 17, so hat man nur die Thonzellen und Zinkcylinder nach dem Gebrauch zu entfernen, und kann die Kohle sammt der Salpetersäure in den verschlossenen Glasgefäßen aufbewahren.

Ich habe die Ueberzeugung, daß dieser Apparat erhebliche Vorzüge vor der mit Platin construirten Grove'schen Batterie besizt, da derselbe nicht nur, was die Größe und Sicherheit seiner Wirkungen |382| anbelangt, diesen Batterien bei gleichem Verbrauch an Säuren und Zink vollkommen gleich kommt, sondern auch bei gleicher Eleganz und einer größeren Bequemlichkeit in der Behandlung mindestens viermal so wohlfeil herzustellen ist. Eine 48paarige Batterie von den erwähnten Dimensionen, welche nicht mehr als eine 12paarige nach Poggendorff's Einrichtung kostet, liefert, wenn sie zu vier 2 Quadratfuß Kohlenoberfläche darbietenden Paaren combinirt wird, eine Menge Knallgas, welche zur Erzeugung des Drummond'schen Signallichtes vollkommen ausreicht, und bringt, zu 48 Paaren combinirt, das prachtvolle Phänomen eines Flammenbogens zwischen Kohlenspizen hervor.71)

Ich bediene mich außerdem noch einer anderen Construction dieser Kohlenapparate, welche, ohne daß ich bisher Gelegenheit gehabt hätte, sie näher zu beschreiben, eine bereits ziemlich verbreitete Anwendung gefunden zu haben scheint.

Die constante Batterie, auf welche sich diese Bemerkung bezieht, kommt der Grove'schen an Wirksamkeit vollkommen gleich und zeichnet sich durch eine Einfachheit aus, welche es möglich macht, sie mit den allergeringfügigsten Hülfsmitteln herzustellen. Fig. 18 stellt die Ansicht derselben dar. a, a ist eine Glaszelle, zu der man ein gewöhnliches Trinkglas benuzen kann, b, b ein amalgamirter Zinkcylinder, d ein im Mittelpunkte bis in die Nähe seines Bodens durchbohrter Kohlencylinder72), e ein konischer, auf die oben in Wachs getränkte Kohle73) gestekter Kupferring mit dikem Leitungsdraht, f eine Messingklammer, um den umgebogenen und zu einer Fläche ausgeschlagenen Verbindungsdraht an dem Zinkcylinder der folgenden Zelle zu befestigen. Der Gebrauch des Apparates erfordert einige Vorsichtsmaßregeln, die unerläßlich sind. Vor Allem ist es nöthig, nachdem man die Kohle völlig mit Salpetersäure durchtränkt hat, den Ueberschuß der Säure dadurch wieder zu entfernen, daß man sie vermittelst |383| einer auf die Oeffnung der Kohle gestekten Glasröhre durch heftiges Einblasen möglichst auspreßt (Fig. 19). Bei späterem Gebrauch des Apparates preßt man nur vor seiner jedesmaligen Zusammensezung die im Innern der Kohle befindliche Säure auf ähnliche Weise nach der Oberfläche hin, indem man nach Bedarf eine kleine Quantität Säure in die Oeffnung nachgießt. Die bei dieser Operation verloren gehende Säure beträgt nicht mehr, als die in den Thonzellen dieses Apparates zurükgehaltene. Die Säure in der Kohle ist daher keineswegs verloren und ihr Verbrauch nicht größer, als bei Grove's Batterie. Das Durchpressen der Flüssigkeit ist zwar lästig, aber gewiß nicht lästiger als das Entleeren und Reinigen poröser Thonzellen. Die auf diese Art gefüllten Kohlen werden darauf so in die Zinkcylinder eingesenkt, daß keine Berührung zwischen beiden stattfindet, was am einfachsten durch ein in Wachs getränktes Bindfadenkreuz, oder wenn man dieses für zu unsauber hält, durch einen geflochtenen Strang gesponnenen Glases bewerkstelligt wird, dessen zwischen der Kohle und dem Zink liegende Fäden nur einen höchst geringen Zwischenraum übrig lassen. Ist endlich die Verbindung der Paare durch die mit den Kupferringen versehenen Leitungsdrähte vermittelst der Klammer hergestellt, so hat man nur noch die Glaszellen mit verdünnter Schwefelsäure anzufüllen, um die Säule in Wirksamkeit zu sezen. Nach dem Gebrauch nimmt man den Apparat auseinander und bewahrt die Kohlen in den von Säure entleerten Glaszellen, oder wenn man sich vor der Einwirkung entweichender salpetriger Dämpfe fürchtet, in einem mit einer abgeschliffenen Glasplatte bedekten Gefäße auf. Ich glaube, daß die Unsauberkeit, oder vielleicht besser, der Mangel an Eleganz bei diesem Apparate durch die Zwekmäßigkeit und Einfachheit seiner Construction hinlänglich aufgewogen wird. Namentlich halte ich die Anwendung von Schrauben statt der ihren Zwek weit sicherer und einfacher erfüllenden Klammern bei Apparaten für verwerflich, welche, wie dieser, der Einwirkung saurer Dämpfe ausgesezt sind. Ueberziehen sich die metallenen Verbindungsstüke mit einer Oxydschicht, so reicht es hin, sie mit verdünnter Schwefelsäure abzureiben, um augenbliklich ihre ursprüngliche Reinheit wieder herzustellen. Die bei diesen Batterien gewählte Form scheint mir für kleinere Apparate die bequemste und einfachste zu seyn. Für Ketten von größeren Dimensionen eignet sie sich dagegen nicht, wegen der mit der Füllung größerer Kohlen verbundenen Unbequemlichkeiten und der Nothwendigkeit, die einmal in den Kohlen enthaltene Salpetersäure völlig aufzubrauchen, ohne dieselbe, wie bei der Grove'schen Construction, jeden Augenblik durch andere von verschiedener Stärke ohne Verlust ersezen zu können. Dieser Apparat erfordert überhaupt |384| eine größere Sorgfalt und Uebung in der Behandlung als der Grove'sche. Eben so ist derselbe, wo es darauf ankommt zu jeder Zeit einen Strom von bestimmter Stärke zu erzeugen, wenn auch nicht unanwendbar, doch unpraktisch.

Die Kohle ersezt das Platin nicht allein als negatives Glied in den Ketten, sondern eignet sich auch vorzüglich wegen ihrer chemischen Indifferenz zu elektrolytischen Apparaten. Ehe ich mich indessen zu der Beschreibung der von mir zu diesem Zweke benuzten Vorrichtungen wende, wird es nicht überflüssig seyn, einige Worte über das denselben zum Grunde liegende Princip voranzuschiken. Geht man von dem Grundsaze aus, daß diese Apparate ihren Zwek um so vollkommener erfüllen, je größer der durch sie erreichte elektrolytische Effect im Vergleich zu dem Verbrauch der flüssigen und festen Elemente der Säule ist, so reicht eine einfache Betrachtung hin, die Bedingung festzustellen, welche bei ihrer Construction in Betracht kommt.

Ermittelt man das Gesez, nach welchem eine gegebene Anzahl von Paaren combinirt werden muß, um das Maximum des Effects zu erzeugen, so findet man, daß die für das Maximum der Stromstärke nöthige Plattenzahl sich verhält wie die Quadratwurzel aus dem Leitungswiderstande im Schließungsbogen. Je geringer demnach der Leitungswiderstand einer zu elektrolysirenden Flüssigkeit, oder je größer die in derselben sich möglichst einander nahe gerükten Polflächen sind, um so geringer wird die Anzahl der zu einer Säule combinirten Elemente seyn müssen, um den größten Effect zu erhalten. Man hat es daher in seiner Gewalt, durch Vergrößerung der Polflächen die Zahl der Kraftzellen auf den kleinsten Werth, d. h. auf zwei, zu reduciren, so daß auf zwei Atome in der Säule verbrauchten Zinks ein Atom Wasser in der Wirkungszelle zersezt wird.

Um eine diesem Zweke angemessene Vergrößerung der Polflächen bewerkstelligen zu können, bediente ich mich mehrerer mit einander verbundener Voltameter von der Fig. 20 dargestellten Form. a, a ist ein mit Fuß versehener Glascylinder, welcher die zu elektrolysirende Flüssigkeit enthält; b, b eine dreihalsige, unten offene Glasgloke, in Form einer Woulf'schen Flasche ohne Boden; c, c ein als Polfläche dienender hohler, seitlich mehrfach durchlöcherter Kohlencylinder, dessen Höhlung unten etwas konisch zuläuft, d ein massiver Kohlencylinder, dessen Oberfläche als zweiter Pol dient. Derselbe ist in dem ersteren eingeklemmt und von demselben durch zwei geflochtene Stränge gesponnenen Glases getrennt. Zur Befestigung dieser Kohlen in der dreihalsigen Gloke dienen drei kleine, nach Innen gerichtete Hervorragungen am unteren Rande derselben, denen drei an der äußeren Wandung der Kohle befindliche Riefen entsprechen. Schiebt man die |385| Kohle in die Gloke, während die erwähnten Hervorragungen den Riefen in der Kohle entsprechen, und dreht man dieselbe hierauf um 60°, so wird sie von den Hervorragungen getragen und läßt sich mit der Gloke aus dem Glascylinder herausheben; e und e sind zwei dike kupferne Leitungsdrähte, welche von Glasröhren umschlossen sind und unten in Kohlenspizen endigen, welche in entsprechende Vertiefungen der Kohlencylinder passen. Man kann auch statt der Drähte in Glasröhren eingeschlossene, sehr feste, an ihrem mittleren Theile in Wachs getränkte Kohlenstäbchen74) anwenden und diese an ihrem hervorragenden Ende mit einem in die Kohlenmasse gebohrten Queksilbernäpfchen versehen; f endlich ist ein Ableitungsrohr, um das entwikelte Gas aufzufangen. Verbindet man die entsprechenden Kohlen mehrerer solcher Apparate, so kann man leicht mehrere Quadratfuß großer Polflächen herstellen.

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Kohlen von ungefähr 200 Quadratzoll beiderseitiger Oberfläche habe ich für 1 bis 1½ Thlr. das Stük angefertigt erhalten. Der Handelspreis einer Kohlenoberfläche von 10 Quadratfuß beträgt daher 7 bis 40 Thlr. Eine Platinfläche von gleicher Wirksamkeit würde, nach Poggendorff's Berechnung, mindestens 180 Thlr. kosten.

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Vollkommen gute Kohlencylinder von 20 bis 21 Quadratzoll innerer Oberfläche habe ich zu dem Preise von 10 Silbergroschen erhalten. Die innere Kohlenoberfläche einer Batterie von sechs Bechern, welche gegen einen Quadratfuß ausmacht, kostet daher 2 Thlr. Eine Platinoberfläche von gleicher Wirksamkeit würde, nach Poggendorff's Berechnung, gegen 18 Thlr. kosten.

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Uebersteigt die Höhe der Kohle 5 und ihr Durchmesser 2 Zoll, so wird die Form des Apparates unpraktisch. Für größere Ketten müssen daher mehrere kleine Kohlen zu Paaren von größerer Oberfläche combinirt werden.

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Ich habe mich durch genaue Versuche überzeugt, daß das in den Poren der Kohle und an der Berührungsstelle des Kupferrings befindliche Wachs, welches die Kohle gegen Salpetersäure vollkommen undurchdringlich macht, nicht im Geringsten eine bemerkbare Schwächung der Stromstärke zur Folge hat, wenn die Kohle nicht mehr davon enthält als nöthig ist. Der Vorwurf der Unsauberkeit, welcher aus einer möglichen Berührung des Kupferrings mit der Salpetersäure hergenommen ist, trifft daher diesen Apparat nicht.

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Diese lassen sich noch besser vermittelst einer groben Holzsäge aus der völlig trokenen metallischen Kohle der Gasretorten schneiden, und auf einem groben Sandstein eben schleifen.

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