Titel: Boussingault, über Gewinnung reinen Sauerstoffgases um zu technischen Zwecken hohe Temperaturen hervorzubringen.
Autor: Boussingault,
Fundstelle: 1851, Band 120, Nr. XXVIII. (S. 120–127)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj120/ar120028

XXVIII. Ueber die Gewinnung reinen Sauerstoffgases aus der atmosphärischen Luft, um zu technischen Zwecken hohe Temperaturen hervorbringen zu können; von Boussingault.

Aus den Comptes rendus, Febr. 1851, Nr. 8.

Seit geraumer Zeit habe ich mir die Aufgabe gestellt, das in der atmosphärischen Luft mit Stickstoff gemengte Sauerstoffgas in reinem Zustande und beträchtlicher Menge daraus zu gewinnen.

Es ist in der That auffallend, baß man noch nicht versucht hat dieses Gas aus der Atmosphäre, von welcher es ein Fünftel ausmacht, zu gewinnen, und das erste-, vielleicht das einzigemal, wo man von einem Körper den Sauerstoff aufnehmen und in festen Zustand überführen sah, um ihn dann rein und in gasförmigem Zustand wieder |121| abzugeben, war der denkwürdige Versuch, durch welchen Lavoisier die Bestandtheile der Atmosphäre trennte, indem er ein Quecksilberbad in einem sehr beschränkten Luftvolum erhitzte; hierbei mußte er aber das Metall zwölf Tage lang fast bis zum Siedepunkt erhitzen, um ein wenig rothen Präcipitats (Quecksilber-Oxyd) zu erhalten, aus welchem er durch Calciniren in geschlossenem Gefäße einige Kubikcentimeter Sauerstoff gewann. Wie man sieht, ist dieses Mittel durchaus nicht praktisch, nicht nur wegen der geringen Menge des Products, sondern auch, weil man den Sauerstoff in einem andern Apparat entwickeln muß, als worin das Metall oxydirt wurde, was ich bei der mir gestellten Aufgabe vermeiden wollte.

Uuter den wenigen Körpern, welche zur Lösung der Frage, so wie sie gestellt war, zu Gebot stunden, wählte ich den Baryt, und zwar wegen seiner bekannten Eigenschaft, den gasförmigen Sauerstoff bei nicht sehr hoher Temperatur zu fixiren und ihn durch hinreichendes Erhitzen wieder abzugeben.

Man weiß, daß wenn man einen Strom Sauerstoffgas über Stücke von caustischem Baryt streichen läßt, welche in einer Röhre bis zum sehr dunkeln Rothglühen erhitzt werden, das Gas so vollständig absorbirt wird, daß es am Ende der Röhre erst dann zum Vorschein kömmt, wenn der Baryt ganz überoxydirt ist. Es ist dieß das von Thenard entdeckte Verfahren das Baryumsuperoxyd darzustellen. Wenn man, nachdem sich dasselbe gebildet hat, die Temperatur der Röhre über die Kirschrothglühhitze steigert, so wird es beinahe augenblicklich zersetzt und man erhält von 1 Kilogr. der Substanz 73 Liter Sauerstoffgas. Nach seiner raschen Zersetzung nimmt der Baryt sein ursprüngliches Ansehen und seine frühern Eigenschaften wieder an, man kann ihn neuerdings oxydiren, den Sauerstoff wieder daraus entwickeln, um ihn abermals zu oxydiren und so ins unendliche fort.

Diese Eigenschaft des Baryts, sich innerhalb sehr enger Temperaturgränzen zu oxydiren und zu desoxydiren, habe ich benützt um den Sauerstoff der Atmosphäre zuerst abzuscheiden und dann für sich zu sammeln, nachdem ich mich vorher überzeugt hatte, daß der Baryt durch einen Strom von ihrer Kohlensäure befreiten trocknen Luft überoxydirt werden kann.

Mein Apparat besteht in einer Röhre aus Porzellan oder glasirtem Steingut, die durch einen Ofen mit aufgesetztem Schornstein gelegt wird. Der Baryt wird in Stücken in diese Röhre gebracht, deren |122| vorderes Ende mit einem Hahn versehen ist, mittelst dessen der Zutritt der Luft nach Belieben hergestellt oder aufgehoben werden kann.

An der Austrittsmündung der Röhre ist eine gabeltheilige Röhre angepaßt, die mit zwei weitern Hähnen versehen ist, wovon der eine mit einem Aspirator, der andere mit einem Gasometer verbunden ist. Das Abfließen des im Aspirator enthaltenen Wassers bewirkt das Einziehen der Luft in die Röhre, welche dunkelrothglühend erhalten wird. Der Baryt oxydirt sich höher. Nach einer gewissen Zeit, wenn man diese Oxydation hinreichend vorgeschritten erachtet — denn es ist nicht unerläßlich daß sie vollständig sey — schließt man den Hahn für den Luftzutritt und den des Aspirators, und stellt die Verbindung zwischen der Röhre und dem Gasometer her. Man erhöht nun die Temperatur, zu welchem Behufe man nur den Aschenraum zu öffnen braucht, und bald strömt der bisher vom Baryt zurückgehaltene Sauerstoff in den Gasometer.

Nachdem die Entwickelung beendigt ist — und dieß geht sehr schnell — sperrt man den Gasometer ab, mäßigt das Feuer und beginnt, indem man den Aspirator in Gang setzt, neuerdings zu oxydiren, um dann wieder zu desoxydiren; beide Operationen folgen so beständig aufeinander. Bei der dunklen Rothglühhitze bildet also der Baryt gewissermaßen ein Filter, welches den Sauerstoff der Luft zurückhält, ihren Stickstoff aber hindurchläßt.

Der Apparat, welchen ich hier in der Hauptsache beschrieb, war in meinem Laboratorium am Conservatorium der Künste und Gewerbe (zu Paris) im Monat Mai 1849 im Gang; ich mache ihn aber erst jetzt bekannt, weil sich in der Praxis eine große Schwierigkeit ergab, deren Ursache ich erst nach vielen Versuchen entdeckte.

Als der Baryt zum erstenmal angewandt wurde, gelang der Versuch auf das befriedigendste; nach einigen Operationen aber, oft schon von der zweiten Oxydation an, trat der Umstand ein, daß für dasselbe und mit gleicher Geschwindigkeit durch die Röhre streichende Luftvolum die Menge des im Baryt fixirten Sauerstoffs sehr rasch abnahm. Als Beispiel theile ich einen solchen Versuch mit, bei welchem 250 Gramme Baryt angewandt wurden. Man erhielt:

Temp. Bar.
Nach der 1sten Oxydation 15,5 Liter Sauerstoff 14 bis 18° C. 760 Mill.
2ten 11,8
3ten 8,5
4ten 5,9
|123|

Bei einem andern Versuch, wo die Oxydation des Baryts nicht so weit getrieben wurde, erhielt man:

Temp. Bar.
Nach der 1 sten Oxydation 11,7 Liter Sauerstoff 14 bis 19° C. 750 Mill.
2ten 11,7
3ten 11,7
4ten 10,5
5ten 8,6
6ten 6,8
7ten 3,8

Bei so gleichbleibenden Resultaten — denn die Versuche wurden länger als zwei Monate fortgesetzt — und nachdem ich mich vorher überzeugt hatte, daß dieselben nicht einer Unvollkommenheit des Apparats zugeschrieben werden konnten, welcher auf das sorgfältigste zusammengesetzt und überwacht wurde, mußte ich vermuthen, daß die Luft wegen der Geschwindigkeit, womit sie durch den Reinigungsapparat strich, nicht alles Wasser und nicht alle Kohlensäure abgab, so daß sich Spuren dieser Substanzen mit dem Baryt verbinden und sein Vermögen den Sauerstoff zurückzuhalten, schwächen. Doch bezeugten Probirröhren durch die Unwandelbarkeit ihres Gewichts, daß die eingeführte Luft weder Feuchtigkeit noch Kohlensäure enthielt.

Ich glaubte nun, daß die Luft gewisse Stoffe enthalten müsse, welche ihr die austrocknenden Mittel nicht entziehen; allein auch diese Ansicht hielt nicht mehr Stich, nachdem ich mich durch wiederholte Versuche überzeugt hatte, daß sich das Absorptionsvermögen des Baryts auch dann noch verminderte, wenn ich seine Oxydation durch reinen Sauerstoff, welchen ich abwechselnd von ihm aufnehmen und wieder abgeben ließ, oder auch, wenn ich seine Oxydation in einem so engbegränzten Luftvolum bewerkstelligte, daß keine wägbare Menge irgend eines fremdartigen Stoffes darin enthalten seyn konnte. Die Versuche, im Sauerstoff sowohl als in eingeschlossener Luft, wurden mit einigen Grammen Baryt angestellt, welcher sich in einem Platinschiffchen befand, das in eine Porzellanröhre geschoben wurde; den Gasometer vertraten eine oder zwei über Quecksilber gestellte Glasglocken, welche in Kubikcentimeter getheilt waren.

Schon am Anfang dieser Versuche bemerkte man, daß der Baryt, nachdem er lange Zeit erhitzt worden, sich endlich merklich zusammenzog, manchmal sogar gefrittet schien; in einem Fall, wo der Sauerstoff bei starker Weißglühhitze ausgetrieben wurde, kam er sogar in |124| teigigen Fluß. Andererseits gab Baryt, der zu diesen Versuchen gedient hatte, in Salpetersäure aufgelöst, als Rückstand eine nicht unbedeutende Menge Kieselerde; der Baryt, wie man ihn gewöhnlich darstellt, enthält nämlich stets Kiesel- und Thonerde. Thenard hat dieß zuerst beobachtet und schreibt die Gegenwart dieser Erden den Schmelztiegeln oder Porzellanretorten zu, in welchen der salpetersaure Baryt längere Zeit geglüht wird. Wenn man aber zum Ausglühen ein Platingefäß anwendet, welches sich wohl auch durch ein eisernes Gefäß ersetzen läßt, so erhält man einen von Kiesel- und Thonerde freien Baryt, welcher ohne Berührung erdiger Substanzen sich nicht mehr frittet, und beliebig lang zur Gewinnung des Sauerstoffs aus der atmosphärischen Luft dienen kann.

Als Beispiel theile ich eine Reihe von Oxydationen mit, welche mittelst eines auf reinen Baryt wirkenden Luftstroms bewerkstelligt wurden; die Zahlen beziehen sich auf 25 Gramme angewandten Baryts. Man erhielt:

Temp. Bar.
Nach der 1sten Oxydation 1,70 Liter Sauerstoff 15½ C. 759 Mill.
2ten 1,79 17
3ten 1,82 14
4ten 1,74 17
5ten 1,74 19
6ten 1,64 19
9ten 1,58 17
10ten 1,72 19
11ten 1,75 19

Obwohl hergestellt war, daß die Verminderung des Absorptionsvermögens des Baryts für den Sauerstoff nicht von dem in der Luft etwa enthaltenen Wasserdunst oder Kohlensäuregas bewirkt werde, untersuchte ich doch noch den Einfluß dieser beiden Gase in dem Fall, wo zufällig um gereinigte Luft in den Apparat käme. Die darüber angestellten Versuche waren entscheidend und lieferten überdieß unerwartete Resultate.

Ich brachte in ein Platinschiffchen 2,595 Gramme Baryt und leitete darüber einen Strom von ihrer Kohlensäure nicht befreiter, nicht getrockneter Luft; die Luft strich langsam darüber, die Röhre wurde zum Dunkelrothglühen erhitzt und man sammelte den Sauerstoff bei der Desoxydation in einer graduirten Glocke über Quecksilber auf.

Jede Oxydation dauerte ¼ bis ½ Stunde. Man erhielt:

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Temp. Bar.
Nach der 1sten Oxydation 159 Kubik-Centim. Sauerstoff 14° C. 760 Mill.
2ten 158 15
9ten 162 18
10ten 157 18

Bei diesem Versuche nahm der Baryt nur um 0,087 Gramme an Gewicht zu, und doch hatte man 50 Liter Luft aus dem Laboratorium von 12–13° C. durch die Röhre streichen lassen. Diese Luft mußte 0,040 Gramme Kohlensäure enthalten und hätte, wenn sie mit Wasserdunst gesättigt gewesen wäre, beiläufig 0,5 Gramme Wasser zu bringen müssen. Es ist mithin wahrscheinlich, daß der Baryt in diesem Fall nicht alles aufgenommen hat, was er an Wasser und Kohlensäure hätte aufnehmen müssen, und doch hat er zu beiden eine sehr große Verwandtschaft; ich fand z. B. daß er beim Dunkelrothglühen Kohlensäuregas absorbirt. Nicht minder groß ist seine Verwandtschaft zum Wasser; das Hydrat schmilzt in der Weißglühhitze, ohne sich zu zersetzen. Dennoch gibt kohlensaurer Baryt auf einem Platinschiffchen in eine Porzellanröhre gebracht, durch die man einen raschen trockenen Luftstrom leitet, beim Kirschrothglühen zwar langsam aber sicher Kohlensäure ab; in der Weißglühhitze erfolgt die Zersetzung schneller, doch ist auch dabei noch eine beträchtliche Zeit erforderlich, um sie zu bewerkstelligen.

Unter denselben Umständen wird auch das Barythydrat schnell zersetzt, und wenn man dann die Temperatur über die Kirschrothglühhitze treibt, um das gebildete Superoxyd zu zerstören, so erhält man Aetzbaryt; alles Hydratwasser wird durch den trocknen Luftstrom ausgetrieben. Diese Thatsachen erklären, warum die nicht ausgetrocknete Luft, wenn sie bloß einige Zehntausendtheile Kohlensäure enthält, das Absorptionsvermögen des Baryts nicht unmittelbar schwächt.

Das von mir mitgetheilte Verfahren setzt uns in Stand, den Sauerstoff von dem Stickstoff, mit welchem er in der atmosphärischen Luft gemischt ist, zu trennen, und obgleich ich dasselbe bloß als einen Laboratoriums-Versuch veröffentliche, so kann ich doch nicht umhin, einige Zahlen anzuführen, welche in technischer Hinsicht beachtenswerth sind. So erinnere ich, daß 10 Kilogr. Baryt, indem sie sich vollständig oxydiren, 730 Liter Sauerstoff aufnehmen und wieder abgeben können; dieß ist die theoretische Zahl; damit aber die Operation noch schnell ausführbar bleibt, dürfte nur auf 600 Liter zu rechnen seyn. In letzterm Falle würde man aus 100 Kilogr. Baryt, die in 8 bis 10 Cylindern |126| in demselben Ofen vertheilt wären, bei jeder Desoxydation 6000 Liter Sauerstoffgas entwickeln, und da man in 24 Stunden wahrscheinlich 4 bis 5 Operationen beendigen könnte, so erhielte man in diesen 24 Stunden 24 bis 30,000 Liter Sauerstoffgas mittelst eines verhältnißmäßig wenig Raum einnehmenden Apparats.

Die Anwendung des Baryts bietet heutzutage kein ernstliches Hinderniß mehr dar; seitdem nämlich Dubrunfaut die Zuckerindustrie mit einem Verfahren beschenkte,22 welches eine große Zukunft hat, wird der Baryt zu Tausenden von Kilogrammen bereitet; in praktischer Hinsicht aber wäre bezüglich meiner Methode noch zu untersuchen, welchen Einfluß die Geschwindigkeit des Luftstroms auf die Oxydation des Baryts hat, und ob es, um diese Geschwindigkeit zu erhöhen, nicht zweckmäßig wäre, den Baryt mit heißer Luft zu oxydiren.

Zusatz.

Obige Versuche von Boussingault begründen einen Fortschritt in der Technik, von welchem in der nächsten Zukunft die Hüttenwerke und später viele andere Industriezweige Nutzen ziehen dürften.

Die Erzeugung eines hohen Hitzegrades ist eine wesentliche Bedingung für das Zugutemachen der Erze. Die Hitze, welche man gegenwärtig hervorzubringen vermag, indem man die Luft vermittelst des Zugs oder der Gebläsemaschine durch die Oefen leitet, bleibt auf ungenügende Gränzen beschränkt; wir können sie nicht so hoch steigern, daß wir gewisse Metalle, z. B. Platin, im Großem zu schmelzen vermöchten, wie im Kleinen mittelst des Knallgasgebläses. Um dieses Ziel zu erreichen, war man längst bedacht, die Verbrennung in den Oefen mittelst reinen Sauerstoffs, anstatt atmosphärischer Luft, zu bewerkstelligen; die Schwierigkeit bestand nur darin, ein Verfahren zur wohlfeilen Bereitung des Sauerstoffgases zu ermitteln. Ein solches ist aber die Methode von Boussingault; man kann jetzt das nach derselben ohne bedeutende Kosten gewonnene Sauerstoffgas in großen |127| Glocken, wie das Leuchtgas sammeln, um Temperaturen hervorzubringen, welche bisher in der Technik nicht zu erreichen waren. E. Maumené. (Moniteur industriel Nr. 1542.)

|126|

Polytechn. Journal Bd. CXVII S. 142.

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