Titel: Blochmann, über Photometrie und die Beziehungen der einzelnen Bestandtheile des Leuchtgases zur Lichtentwickelung.
Autor: Blochmann, Georg Moritz Sigismund
Fundstelle: 1863, Band 169, Nr. XXXI. (S. 136–142)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj169/ar169031

XXXI. Ueber Photometrie und die Beziehungen der einzelnen Bestandtheile des Leuchtgases zur Lichtentwickelung; von G. M. Blochmann jun. in Dresden.

Aus Schilling's Journal für Gasbeleuchtung, Juni 1863, S. 213.

Man hat bisher ganz allgemein das Aethylen (Elayl, ölbildendes Gas) als den Repräsentanten der leuchtenden Kohlenwasserstoffe des |137| Steinkohlengases betrachtet. Man wußte zwar, daß außerdem noch andere derartige Verbindungen darin vorhanden seyen, man konnte sich sogar sagen, daß sämmtliche im Theer enthaltenen flüchtigen Bestandtheile auch im Gase sich finden mußten, wenn auch zum Theil nur in äußerst geringen Mengen, aber man nahm theils an, daß das Aethylen in solchem Maaße vorwalte daß die anderen Kohlenwasserstoffe völlig dagegen zu vernachlässigen seyen, theils betrachtete man die verschiedenen leuchtenden Körper als ziemlich gleichwertig in Beziehung auf Leuchtkraft, so daß man gleiche Gewichte derselben für einander substituiren könnte, ohne das Resultat erheblich zu ändern. Nur durch solche Anschauungsweise ist es zu rechtfertigen, daß man bei den bisherigen Analysen des Leuchtgases, die doch meistens in der Absicht angestellt wurden, eine höhere Kenntniß von der Güte desselben zu gewinnen, als es durch die bis jetzt ziemlich unzuverlässige Photometrie möglich war, es völlig versäumte, die verschiedenen Gruppen ähnlich zusammengesetzter Kohlenwasserstoffe von einander zu trennen und auf diese Weise wenigstens annähernd deren wirkliche Zusammensetzung kennen zu lernen; denn die bisherige Methode der Pausch-Analyse gibt nur die Durchschnittszusammensetzung sämmtlicher schweren Kohlenwasserstoffe und somit keine genügende Grundlage für eine nur irgend der Wahrheit entsprechende Berechnung. Wirklich wurde auch die Ansicht, daß die Leuchtkraft der Kohlenwasserstoffe nur von der absoluten Menge des darin vorhandenen Kohlenstoffes abhänge, und daß man daher die Kohlenwasserstoffe nach ihrem Kohlenstoffgehalte auf Aethylen reduciren könne, von den meisten für richtig gehalten und von manchen sogar geradezu ausgesprochen. Sie beruht hauptsächlich auf der Annahme, daß der Wasserstoff der Kohlenwasserstoffe sich leichter mit Sauerstoff vereinige, als der Kohlenstoff. Dieß ist indessen ein Irrthum, der sich auffallender Weise bis auf die neueste Zeit erhalten hat, obgleich bereits zu Anfang dieses Jahrhunderts durch die Versuche von Dalton, J. Davy und W. Henry gezeigt war, daß fast genau das umgekehrte Verhältniß stattfinde. Da nun vor kurzem durch Untersuchungen von Prof. Erdmann und namentlich von O. Kersten dieser Irrthum definitiv beseitigt ist, so mußte man nothwendig bei einigem Nachdenken die oben erwähnte Hypothese aufgeben; uns war daher jetzt mehr als je geboten, endlich einmal eine wirkliche Vergleichung der verschiedenen Kohlenwasserstoffe auf ihren Leuchtwerth vorzunehmen.

Daß bisher noch keine Versuche in der erwähnten Richtung angestellt sind, liegt zum Theil wohl daran, daß es der Photometrie an einer sicheren Grundlage fehlte, die es möglich gemacht hätte, die zu verschiedenen Zeiten und an verschiedenen Orten angestellten Versuche unter |138| einander zu vergleichen. Die bisherigen meistens gebrauchten Normalkerzen waren sehr traurige Nothbehelfe für eine wirkliche Normalflamme, wobei ein Fehler von 25 und selbst 50 Proc. nicht zu den Seltenheiten gehörte, und auch die Lampen, obgleich um vieles sicherer als die Kerzen, sind zu vielen Zufälligkeiten, hinsichtlich der Beschaffenheit des Oeles und des Dochtes, der Regelmäßigkeit des Luftzutrittes u.s.w. unterworfen, um als hinlänglich zuverlässig zu erscheinen. Das erste Erforderniß um bei den zu unternehmenden Versuchsreihen mit einiger Zuverlässigkeit vergleichbare Resultate zu erhalten, war daher die Herstellung einer wirklichen Normalflamme, die auch ohne große Schwierigkeit gelang.

Wenn man ein völlig nicht leuchtendes Gas, am besten Wasserstoffgas, mit einem genau bestimmten Verhältnisse eines chemisch reinen Kohlenwasserstoffes mischt, so hat man offenbar ein Leuchtgas von stets gleicher Beschaffenheit; läßt man ein solches Gas stets unter demselben constanten Druck aus einer unveränderlichen kreisförmigen Oeffnung ausströmen, so hat man alle Bedingungen erfüllt, von denen die Gleichmäßigkeit der Flamme abhängt, und dieselbe muß jederzeit gleiche Lichtmenge liefern. Die ohnehin sehr geringen und gegen die übrigen Fehlerquellen völlig verschwindenden Unterschiede, welche durch die Unveränderlichkeit der Temperatur und des Barometerstandes in der Helligkeit der Flamme hervorgebracht werden, gleichen sich bei Untersuchungen von leuchtenden Gasen schon dadurch aus, daß die Normalflamme und die Untersuchungsflamme denselben Einflüssen unterliegen. Als leuchtenden Kohlenwasserstoff wählten wir das Benzol, da es für diesen Zweck alle Vortheile in sich vereinigt; es ist der einzige Kohlenwasserstoff der sich ohne große Schwierigkeiten in einem Zustande fast absoluter Reinheit darstellen läßt; es ist dabei in beliebig großen Mengen zu haben, und bietet die Bequemlichkeit, daß es als Flüssigkeit leicht genau abgewogen und gemessen werden kann. Das Wasserstoffgas braucht nicht chemisch rein zu seyn, da das mit Zinkblech-Abfällen oder mit den reinen Sorten des gewöhnlichen käuflichen Zinks entwickelte Gas mit völlig blauer und nicht leuchtender Flamme brennt, und daher für den vorliegenden Zweck rein genug ist. Man entwickelt es aus einem continuirlich wirkenden, den bekannten Döbereiner'schen Zündmaschinen ähnlich eingerichteten, jedoch größeren Apparat und läßt es, nachdem es in einem Fläschchen mit Wasser gewaschen ist, durch ein U förmig gebogenes, mit irgend einem porösen Körper, z.B. Bimssteinstücken, gefülltes Gasrohr streichen, in das man zuvor die bestimmte Menge Benzol hineingebracht hat; dieselbe war bei unseren Versuchen in der Regel so berechnet, daß das resultirende Gas, welches wir als Normalgas bezeichnen wollen, nur 3 Volumprocente Benzoldampf |139| enthielt, also nicht gesättigt war. Das Gas wird in kleinen, genau ausgemessenen Gasometern mit freischwimmender, nur an einer mit Maaßstab versehenen Leitstange gleitenden Glocke aufgefangen, wie sie zu den Apparaten zur Bestimmung des specifischen Gewichtes durch die Ausströmungszeit angewandt werden. Da bei denselben demnach alle mechanische Reibung fast vollständig vermieden ist, so erhält man eine völlig constante, unter gleichmäßigem Drucke brennende Flamme; denn die Gewichtsveränderung, welche die Glocke durch das Eintauchen in die Sperrflüssigkeit erleidet, macht sich erst ganz gegen das Ende hin durch etwas verlangsamte Ausströmung des Gases bemerklich. Uebrigens ist es leicht, solche Einrichtung zu treffen, daß nicht nur dieser, übrigens unbedeutende, Fehler völlig vermieden wird, sondern auch der Druck beliebig verringert werden kann. Bei den von uns benutzten, ursprünglich nicht zu diesem Zwecke bestimmten Apparaten betrug der Druck 29 Millimeter Wassersäule, die Ausströmungszeit für den 3 1/4 Liter betragenden Inhalt der Gasometer etwa 6 Minuten, was einem Consum von etwa 1 1/3 Kubikf. sächs. für die Stunde entspricht. Die kreisförmige Ausströmungsöffnung der Brenner war in einem Platinbleche angebracht; ihre Weite wurde bei Gasen von verschiedenem specifischen Gewicht so abgeändert, daß die Ausströmungsmenge in gleichen Zeiten für alle Gase nahezu die gleiche war; die unvermeidlichen kleinen, durch directe Beobachtung gefundenen Unterschiede wurden auf diese Weise in Rechnung gebracht, daß für den Zuwachs an Ausströmungsmenge ein dreifacher Zuwachs an Leuchtkraft angenommen wurde, ein Verhältniß das sich bei dem angewandten Drucke und innerhalb eingehaltener Grenzen der Ausströmungsmenge ziemlich übereinstimmend aus Beobachtungen an verschiedenen Gasen ergeben hatte. Es wurde auf diese Weise gefunden, daß die Leuchtkraft der verschiedenen Kohlenwasserstoffe weder ihrem Kohlenstoffgehalte, noch dem Verhältnisse zwischen dem in ihnen enthaltenen Kohlenstoffe und Wasserstoffe, proportional ist. Dieselbe Menge Kohlenstoff hat im Benzol die dreifache Lichtentwickelung wie im Aethylen oder ölbildenden Gase, und nahezu die anderthalbfache des Amylens, denn um dem Wasserstoffgase dieselbe Leuchtkraft zu ertheilen, die es durch 3 Volumprocente Benzoldampf erhielt, ist das dreifache Gewicht oder 27fache Volumen Aethylen und das anderthalbfache Gewicht oder dem Volumen nach 1,8mal soviel Amylendampf erforderlich. Das letztere Verhältniß ist namentlich interessant, denn da Aethylen (C⁴ H⁴) und Amylen (C¹⁰ H¹⁰) procentisch genau gleiche Zusammensetzung haben, dennoch aber das Amylen den doppelten Leuchtwerth besitzt, so geht daraus aufs deutlichste hervor, daß es |140| durchaus unberechtigt ist, den letzteren aus der Zusammensetzung allein berechnen zu wollen; er hängt offenbar noch von anderen, zur Zeit noch nicht genauer erforschten Umständen ab. Wahrscheinlich ist es, daß die größere oder geringere Leichtigkeit mit der ein Kohlenwasserstoff sich in der Hitze der Flamme zersetzt, dabei von großem Einfluß ist. Es würde sich dann sehr leicht erklären, daß die in der Regel leichter zersetzbaren höheren Kohlenwasserstoffe ein stärkeres Licht geben als die gleich zusammengesetzten niederen, und ebenso, daß das sehr schwer zersetzbare Sumpfgas, trotz seines Kohlenstoffgehaltes, so überaus wenig Licht gibt. Ein bestimmter Aufschluß darüber ist jedoch hier, wie überall, nur durch experimentelle Untersuchungen zu erhalten.

Nachdem somit nachgewiesen war, daß die Leuchtkraft weder von dem Kohlenstoffgehalte noch von der procentischen Zusammensetzung der Gase allein abhängig ist, verstand es sich beinahe von selbst, daß die Menge von Sauerstoff oder atmosphärischer Luft, die erforderlich ist, um die Leuchtkraft eines Gases zu zerstören, kein Maaß für die letzteren seyn kann. Ein einziger Versuch genügte, dieß in entscheidender Weise zu zeigen. Ein aus 97 Volumen-Procenten Wasserstoff und 3 Vol. Proc. Benzoldampf bestehendes Leuchtgas bedurfte zur Entleuchtung nur 0,8 seines Volumens atmosph. Luft, ein anderes Gas von gleicher Leuchtkraft, aber aus 27 Procent Aethylen und 73 Proc. Wasserstoff bestehend, erforderte 2,4 Volumina Luft, also die dreifache Menge. Auf diese Weise kann also im günstigen Falle nur annähernd der Kohlenstoffgehalt, nie aber die Leuchtkraft gemessen werden.

Es blieb nur noch übrig, den Einfluß der nichtleuchtenden brennbaren Gase auf die Leuchtkraft der leuchtenden Kohlenwasserstoffe zu untersuchen. Man scheint bisher angenommen zu haben, daß die Beschaffenheit der nicht leuchtenden Theile des Leuchtgases keinen besonderen Einfluß auf die Helligkeit der Flamme habe, obgleich eine einfache Betrachtung zeigt, daß die großen Unterschiede in dem Luftverbrauch und in der Flammentemperatur, die durch sie bedingt werden, kaum ohne Wirkung auf den Leuchteffect seyn könne. Die Versuche wurden in der Weise angestellt, daß gleiche Mengen Benzol zu gleichen Mengen von Kohlenoxydgas, von Wasserstoff und von Sumpfgas gefügt wurden, und die dadurch entstandenen Leuchtgase unter gleichem Druck aus Brennern von solcher Weite ausströmten, daß die Ausströmungsmengen in der Zeiteinheit die gleichen waren. Hiebei muß man jedoch berücksichtigen, daß gleicher Druck auf die Flammen der Gase von verschiedenem specifischen Gewichte nicht den gleichen Einfluß ausübt. Bei allen Leuchtgasen wird zwar bis zu einer gewissen Grenze der Lichteffect gleicher Volumina mit |141| der Abnahme des Druckes wachsen, da die mechanische Mengung mit der umgebenden Luft um so stärker ist, je stärker der Druck; diese Anwendung wird aber bei verschieden schweren Gasen sehr verschieden seyn. Je schwerer das Gas, desto stärker die Mengung mit Luft, desto ungünstiger also die Einwirkung stärkeren Druckes. Dieß zeigte sich sehr deutlich bei den Versuchen, indem reines Kohlenoxydgas mit 3 Vol. Proc. Benzol, welche Mischung fast dasselbe spec. Gewicht hat wie die atmosph. Luft, bei 29 Millim. Druck und der gleichen Ausströmungsmenge wie die anderen Gase überhaupt, gar nicht mehr brannte. Es wurde daher mit der gleichen Menge Wasserstoffgas gemischt und so dem Versuche unterworfen; es ergab 0,72 der Leuchtkraft, welche mit ebensoviel Benzol versetztes Wasserstoffgas entwickelte.

Sumpfgas dagegen, ebenfalls mit 3 Vol. Proc. Benzol versetzt, gab in zwei Reihen von Versuchen, das einemal im Mittel 2,13, das anderemal 2,20 mal soviel Licht wie das Normalgas. Um dem Sumpfgase die gleiche Leuchtkraft zu ertheilen, wie Wasserstoff durch 3 Vol. Procent Benzol erhielt, war nur 1 Vol. Proc. Benzol erforderlich. Daß ein solcher Unterschied stattfindet, ist leicht erklärlich. Um ein Volumen Wasserstoff oder Kohlenoxyd zu verbrennen ist 1/2 Vol. Sauerstoff oder 2 1/2 Vol. Luft erforderlich, für ein Vol. Sumpfgas dagegen das Vierfache dieser Menge. In Folge davon ist die Flamme des Sumpfgases sehr viel größer und dem entsprechend der Theil des Gases, der unsichtbar im äußeren Mantel der Flamme verbrennt, weit geringer als bei den anderen Gasen. Daß demnach die Leuchtkraft nicht um das vierfache oder mehrfache stärker ist, als beim Wasserstoff, sondern nur um das 2–3fache, ist jedenfalls Folge der geringen Flammentemperatur, welche das Sumpfgas in atmosph. Luft erzeugt. Die Flammentemperaturen (für sofortige vollständige Verbrennung mit atmosphärischer Luft berechnet) sind nämlich für Kohlenoxydgas 3251°, für Wasserstoff 3106°, für Sumpfgas 2539°. Man erkennt diesen Unterschied sofort an dem Aussehen der Flammen; die Flamme des Kohlenoxydes und des Wasserstoffes mit Benzol ist klein, aber blendend weiß, die des Sumpfgases mit Benzol groß und gelb. Daß das Kohlenoxydgas trotz der höheren Flammentemperatur ein ungünstigeres Resultat gab als Wasserstoff, rührt offenbar von der nachtheiligen Einwirkung des starken Druckes her. Man darf überhaupt nicht vergessen, daß obige Zahlen nur für den Druck von 29 Millim. Wassersäule gelten; bei geringem Drucke würden sich wahrscheinlich etwas günstigere, bei höherem ungünstigere Resultate für Kohlenoxyd und Sumpfgas ergeben. Aber selbst bei gleichem Drucke darf man nicht mit Bestimmtheit annehmen, daß sich die Gase genau in der Weise in Gemengen |142| aus mehreren derselben verhalten werden, wie sie es für sich allein thun. Es scheint, daß in solchen Gemengen das Sumpfgas noch günstiger wirkt, wie für sich allein. Ein Gasgemenge, z.B. aus 50 Proc. Sumpfgas, 30 Proc. Wasserstoff und 20 Proc. Kohlenoxydgas bestehend, und mit soviel Benzol versetzt, wie nach den gefundenen Verhältnissen erforderlich gewesen wäre (nämlich 2,6 Vol. Procent), um ihm gleiche Leuchtkraft zu geben, welche eine Mischung aus 3 Procent Benzol und 97 Proc. Wasserstoff oder 1 Proc. Benzol und 99 Proc. Sumpfgas besitzt, gab nicht das gleiche, sondern das 1,4fache Licht, wie diese. Wahrscheinlich wirkte die Erhöhung der Flammentemperatur in höherem Maaße günstig, als die Verkleinerung der Flamme ungünstig wirkte, denn der ungünstige Druck konnte hier nicht von Einfluß seyn, da das specifische Gewicht der verschiedenen Gemenge nahezu gleich war. Es möchte sonach außerordentlich schwer, wo nicht unmöglich seyn, eine theoretische Leuchtkraft für ein beliebiges Gasgemenge selbst nur für eine bestimmte Form der Flamme und einen bestimmten Druck im Voraus zu berechnen. Jedenfalls aber geht aus obigen Versuchen unzweifelhaft hervor, daß auch die Zusammensetzung der nicht leuchtenden Gase von großem Einfluß auf die Lichterzeugung ist. Dieß ist in so hohem Maaße der Fall, daß man von einem gewissen Gesichtspunkte aus berechtigt ist, die parodoxe Behauptung aufzustellen, daß es Steinkohlengase geben kann, die ihre Leuchtkraft in größerem Maaße ihrem Gehalte an Sumpfgase als dem an leuchtenden Kohlenwasserstoffen verdanken, insofern nämlich als in dem Falle, daß man das Sumpfgas durch Wasserstoff- oder Kohlenoxydgas ersetzte, die resultirende Mischung aus leuchtenden Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff und Kohlenoxyd eine ebenso schwache oder noch schwächere Leuchtkraft haben würde, als dem ursprünglichen Gase nach Entfernung der höheren Kohlenwasserstoffe bleibt.

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