Titel: Zur Untersuchung der atmosphärischen Luft.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1881, Band 240 (S. 447–454)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj240/ar240170

Zur Untersuchung der atmosphärischen Luft.

Mit Abbildungen auf Tafel 36.

Im Anschluſs an die früheren Mittheilungen (1879 234 * 46. 1880 236 * 66) mögen zunächst die neueren Apparate zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit besprochen werden.

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A. Voller (Verhandlungen des Naturwissenschaftlichen Vereines von Hamburg, Sonderabdruck) verwendet einen länglich eiförmigen Gasbehälter A (Fig. 14 Taf. 36) von etwa 150cc Inhalt, dessen Erweiterung des Halses B von etwa 8 bis 10cc zur Aufnahme der Schwefelsäure dient, welche durch die Oeffnung b eingefüllt wird, beim Oeffnen des Hahnes c an der inneren Wandung von A herabflieſst und später durch Hahn d abgelassen werden kann. Um eine weite Ausbreitung der Schwefelsäure auf der Glaswand zu erreichen, ist unterhalb c in den kreisförmigen Querschnitt des Glashalses ein aus Glasstäbchen gebildeter Stern e eingeschmolzen; indem die Schwefelsäure durch dessen Zwischenräume hindurchflieſst, vertheilt sie sich und breitet sich allerseits auf der inneren Glaswandung aus. Eine Glasröhre f steht durch die Querröhre g mit dem oberen Theile des Glasgefäſses in Verbindung und dient dazu, der durch die herabflieſsende Schwefelsäure verdrängten Luft Abfluſs zu gestatten, ohne sie aus dem Gefäſse zu entfernen. Der obere Theil dieser Röhre bei a dient gleichzeitig zum Aufsetzen des mit einer Millimeterscale versehenen Manometers. Ein Thermometer ist in das Gefäſs A eingeschmolzen oder auch, behufs etwaiger Fortnahme desselben, nur ein geschliffen und verkittet.

Als Manometerflüssigkeit kann bei starken Feuchtigkeitsmengen, also groſser Druck Verminderung, Quecksilber in einer kurzen Manometerröhre dienen. Zweckmäſsiger jedoch ist es, um feinere Spannungsunterschiede sichtbar zu machen, eine leichtere Flüssigkeit in einer längeren Röhre anzuwenden. So lange die Temperatur nicht unter den Gefrierpunkt sinkt, kann man gefärbtes Wasser anwenden, da die Befürchtung, es möchten die durch das enge Manometerrohr in das Gefäſs A etwa entweichenden Dämpfe dieses Wassers einen störenden Einfluſs ausüben, sich nicht bestätigt hat. Behufs Abhaltung äuſserer Wärmestrahlen ist das Instrument von einem doppelten Messingmantel C so umschlossen, daſs die Hähne c und d bequem erreichbar sind. Der Mantel dient mit Hilfe der Klemme D zugleich als Träger.

Nachdem der Stöpsel b, sowie die Hähne c und d geöffnet worden, wird mittels eines an der Ausfluſsöffnung angelegten Schlauches kurze Zeit die äuſsere Luft durch den Apparat hindurchgesaugt. Hierauf wird der Hahn c geschlossen, B bis unterhalb g mit concentrirter Schwefelsäure gefüllt und dann der Stöpsel b eingesetzt. Nachdem die Temperatur t des Apparates constant geworden, wird diese, sowie der herrschende Barometerstand notirt, der Hahn d geschlossen und c geöffnet. Die Schwefelsäure flieſst langsam an der inneren Wandung herab und sammelt sich über d; die verdrängte Luft geht nach B, so daſs die eingeschlossene Luftmenge unverändert bleibt. Sofort beginnt die Absorption und ist schon nach wenigen Minuten fast vollständig beendet; die Manometerflüssigkeit steigt in dem inneren Schenkel rasch empor und erlangt bald einen festen Stand. In Folge der Condensationswärme |449| des Wasserdampfes und etwa nicht völlig vermiedener äusserer Bestrahlung findet während dessen gewöhnlich eine Temperaturerhöhung ϑ statt, welche jedoch in der Regel nur zwischen 0,1 und 0,40 beträgt.

Die Spannung e des Wasserdampfes der in dem Hygrometer eingeschlossenen Luft kann in folgender Weise abgeleitet werden. Die Manometerflüssigkeit sei Quecksilber, ferner sei q der Querschnitt der Manometerröhre in Quadratmillimeter; 7 das Gesammtvolumen des Hygrometers bis zum Nullpunkt des Manometers, jedoch abzüglich des von der Schwefelsäure erfüllten Raumes B: V sei ausgedrückt durch Einheiten, deren eine das Volumen von 1mm Länge der Manometerröhre bildet, so dass q × V Cubikmillimeter den Inhalt des Apparates darstellen, b sei der herrschende Barometerstand, e die wahre Dampfspannung bei der Beobachtungstemperatur t in Millimeter Quecksilber e die beobachtete Manometerdifferenz bei der Temperatur t1 = t + ϑ.

Bei einem Apparat ergab sich z.B. mittels Quecksilberkalibrirung q = 4qmm,971 und V = 31905. Die Spannung der im Volumen V eingeschlossenen Luft bei der Temperatur t ist vor der Absorption gleich b, nach der Absorption gleich b – e; beobachtet wird bε bei der Temperatur t1 im Volumen V = ½ ε.

Mithin ist:

wo α der Ausdehnungscoefficient der Luft = 1/273 oder, da t1 = t + ϑ,

woraus

Durch Addition und Subtraction von erlangt dieser Ausdruck die Form: Da ϑ immer sehr klein ist, so kann der Factor des ohnehin kleinen Gliedes ohne Fehler gleich 1 gesetzt werden, so daſs die allgemeine Formel für das Absorptionshygrometer bei Anwendung von Quecksilber als Manometerflüssigkeit lautet:

. . . . . . (1)

wo das zweite Glied die Temperaturcorrection enthält.

Um für mittlere Barometerstände der Berücksichtigung des herrschenden Luftdruckes enthoben zu sein, kann man in folgender Weise verfahren. Setzt man b = 760 + m (wo m positiv oder negativ sein kann), so erhält man:

. . . . . . . (2)

Der Factor von s im ersten Gliede dieser Formel wird für jedes Instrument constant und heiſse A: bei dem oben erwähnten z.B.

So lange ϑ klein bleibt, wird auch der Werth des Factors bezieh. des zweiten Gliedes der Formel (2) selbst bei verschiedenen Beobachtungstemperaturen nur sehr wenig von demjenigen Betrage abweichen, den derselbe bei einer mittleren Lufttemperatur erlangt, so daſs die durch den Factor des zweiten Gliedes der Formel (2) ausgedrückte Temperaturcorrection für mittlere Verhältnisse ebenfalls die Form einer Constanten annimmt.

Für Beobachtungstemperaturen von 10 bis 30° erlangt dieselbe den |450| Werth 2,60 oder 0,260 für jedes Zehntel eines Grades der beobachteten Temperaturdifferenz ϑ. Demnach haben wir als brauchbare Annäherungsformel:

. . . . . . . . (3)

wo

In der Regel wird man übrigens innerhalb der Grenzen der Beobachtungsfehler bleiben, wenn man im 2. Gliede dieser Formel jedes Zehntel von ϑ mit 0,25 multiplicirt, was für die Rechnung bequemer ist. Das Glied der Formel (3) besteht aus zwei Factoren, von denen der eine stets klein bleibt, während der andere (mε) bei extremen Barometerständen einen beträchtlichen Werth erreichen kann.

Innerhalb des Temperaturunterschiedes von – 20 bis + 40° kann ε im Falle der Sättigung von 1 bis 50mm wechseln, so daſs bei einem mittleren Werth von V = 30000 das Glied zwischen 1/60000 und 1/1200 betragen kann; bei + 20° und gesättigter Atmosphäre erlangt es beispielweise den Werth 1/3600. Das Glied wird meist = 0 oder doch so klein sein, daſs der ganze Factor in der Regel den Werth 0,001 nicht erreichen wird. Daraus folgt, daſs C unberücksichtigt bleiben kann, so lange m – ε nicht groſs wird. In der Regel wird bei Anwendung von Quecksilber als Manometerflüssigkeit das Glied C ganz unberücksichtigt bleiben können, so daſs dann die Hygrometerformel die einfache Gestalt annimmt:

. . . . . . . . (4)

worin und Für obiges Instrument ist dann

Wendet man, behufs Verkleinerung der Beobachtungsfehler, eine Manometerflüssigkeit von geringerem specifischem Gewichte d (Quecksilber – D) an, so wird, wenn ε1 die beobachtete Manometerdifferenz bedeutet:

Dies ist somit die allgemeine Formel für die atmosphärische Dampfspannung bei beliebiger Manometerflüssigkeit. In gleicher Weise ergeben sich für mittlere Barometer- und Thermometerstände die Annäherungsformeln:

und

wo

Bei der letzten Formel ist zu beachten, daſs in dem Glied C1 der Quotient einen im Verhältniſs von d : D gröſseren Werth besitzt als der entsprechende bei Formel (3), während der Factor denselben Werth wie (me) behält. Daraus folgt, daſs die Grenzen, innerhalb deren C1 vernachlässigt werden kann, entsprechend enger werden; nichts desto weniger liegt die durch C1 ausgedrückte Correction für gewöhnliche Verhältnisse noch völlig innerhalb der Grenzen der Beobachtungsfehler.

Benutzt man Wasser als Manometerflüssigkeit, so wird Die letzte Formel erhielt demgemäſs für oben erwähntes Instrument die Gestalt:

|451|

wovon zur Berechnung der Beobachtungen benutzt wurde.

F. Neesen (Annalen der Physik, 1880 Bd. 11 S. 526) hat das Hygrometer von Rüdorff (1880 236 * 67) dahin geändert, daſs er zwei Flaschen verwendet, welche mit einander verbunden sind und dadurch die Beobachtung von der Temperatur unabhängig zu machen.

A. Matern (Daselbst, Bd. 10 S. 149) hat sein Condensationshygrometer (1880 236 68) jetzt dahin geändert, daſs der Glasboden unten in einen 1cm,5 langen, 1cm weiten Hals a (Fig. 15 Taf. 36) endet, welcher zur Aufnahme eines Kautschukcylinders bestimmt ist. Vom oberen Ende des Halses an erweitert sich der Boden in einem 3cm weiten und 3cm hohen cylindrischen Raum, der zur Füllung mit Wasser dient. Die Wand dieses Behälters geht in einen möglichst geebneten, horizontal abstehenden Rand von 1cm Breite über, erhöht sich dann noch etwa um 1cm, bei welcher Stelle eine Weite von 5cm erreicht ist, und läuft dann in einen rechtwinklig abstehenden flachen Rand von 1cm Breite aus, der mit Schmirgel sorgfältig eben geschliffen ist. In einer Durchbohrung des Kautschukpfropfens läſst sich ein 2mm,5 starker Glasstab g mit Reibung auf- und abschieben, auf welchen zunächst ein mitten durchbohrtes Metallkreuz von 2cm Armlänge und darunter eine ebene, leicht biegsame Kautschukscheibe von 4cm Durchmesser geschoben ist. Beide Theile werden durch einen mit starker Reibung auf den Stab geschobenen kurzen Kautschukcylinder e von 2cm Durchmesser festgehalten, an welchem ein den Stab umgebendes, etwa 15cm langes Säckchen b von dünner Leinwand befestigt ist. In den geöffneten Behälter ist bis zu einer Marke so viel Wasser zu gieſsen, daſs es nach dem Herabziehen des Stabes durch die eingetauchte Leinwand und den Kautschukcylinder noch nicht bis an den Rand des Behälters gehoben wird. Wenn das Kreuz die Kautschukscheibe gegen diesen Rand andrückt, ist der Wasserbehälter genügend geschlossen, um den Feuchtigkeitsgehalt der auſserhalb befindlichen Luft unverändert zu lassen. Der eben geschliffene Rand des Bodens wird dann mit Talg bestrichen und ein mit gleichem Rande versehener 12cm hoher, 5cm weiter Behälter fest darauf gedrückt, in welchen oben ein 2mm,75 bis 3mm weites und 30cm langes, zur Hälfte mit Rüböl gefülltes Manometer m entweder eingeschmolzen, oder in einen Hohlconus eingesetzt ist. Der Stab ist dann in die Höhe zu schieben und die mit ihm emporgehobene feuchte Leinwand sättigt die Luft sehr bald mit Wasserdampf, dessen Druckerhöhung sich am Manometer zeigt.

Zur Bestimmung der Kohlensäure soll man nach J. Reiset (Comptes rendus, 1880 Bd. 90 S. 1144) eine gröſsere Menge Luft verwenden, als dies bis jetzt meist geschehen ist. Die angesaugte Luft tritt zunächst |452| in ein U-förmiges, mit durch concentrirte Schwefelsäure befeuchteten Bimssteinstücken gefülltes Rohr J (Fig. 16 Taf. 36), um ihren Wassergehalt an diese abzugeben, während die gebildete verdünnte Säure sich in der unten angeschmolzenen Kugel sammelt. Die trockene Luft tritt nun durch das Rohr t in das Absorptionsgefäſs F, in dessem Halse ein 0m,5 langer Glascylinder T mittels Gummikappe befestigt ist. In diesen Cylinder sind 3 siebartig durchlöcherte Platinkapseln a, c und e (Fig. 17) von 4cm Durchmesser eingeschoben. Man bringt in denselben 300cc Barytwasser und verbindet ihn mit dem Trockenrohr n. In Folge der feinen Vertheilung der durchgesaugten Luft durch die Platinsiebe wird die Kohlensäure völlig von dem Barytwasser zurückgehalten. Sind etwa 600l Luft hindurchgesaugt, so bestimmt man unter Berücksichtigung des verdunsteten und vom Rohre n aufgenommenen Wassers durch Titration die Menge des ausgefällten Baryts.

Nach Kapusstin (Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 1880 S. 2376) kann man den Kohlensäuregehalt der Luft dadurch bestimmen, daſs man Natriumhydrat in 90procentigem Alkohol löst, die Lösung mit Luft schüttelt und hernach so viel Wasser hinzusetzt, als zur Auflösung des Carbonates erforderlich erscheint. Nach seinen Untersuchungen ergibt sich, daſs, wenn man zur Auflösung des Carbonates n Cubikcentimeter Wasser (von gewöhnlicher Temperatur) verwendet hat, sich die Anzahl der Cubikcentimeter Kohlensäure (x) bei 760mm und 0° aus der Gleichung berechnen läſst:

Der Versuch wird in folgender Weise ausgeführt: Um den Kohlensäuregehalt der in einer Flasche von 5l enthaltenen Luft zu bestimmen, gibt man in die Flasche 75cc weingeistige Natronlauge (1l der Lösung enthält 0g,5 NaOH), schüttelt alsdann ½ Stunde lang, gieſst die Flüssigkeit aus, nimmt von derselben unter Umrühren 25cc, setzt zu derselben aus einer Bürette nach und nach Wasser bis zum Verschwinden der Trübung hinzu und multiplicirt das nach der Formel berechnete Resultat mit 3. – Das Verfahren verspricht wenig genaue Resultate.

Der Kohlensäuregehalt der atmosphärischen Luft betrug nach Versuchen von G. F. Armstrong (Proceedings of the Royal Society, 1880 Bd. 30 S. 343) zu Grasmere in Westmoreland im Durchschnitt des Mittags 2,9603 und des Nachts 3,2999 Vol. auf 10000. – Nach A. Levy (Comptes rendus, 1880 Bd. 90 S. 32) schwankte der Kohlensäuregehalt der Luft in Montsouris zwischen 2,2 bis 3,6 Vol. Marié-Davy (Daselbst, S. 1287) glaubt diese Schwankungen auf den Einfluſs der Windrichtung zurückführen zu können. J. Reiset (Daselbst, 1879 Bd. 88 S. 1007. 1880 Bd. 90 S. 1144 und 1457) schlieſst jedoch aus seinen Versuchen, daſs derartige Schwankungen lediglich auf die Ungenauigkeit der Untersuchungsmethode zurückzuführen sind und thatsächlich nicht vorkommen. |453| Er fand in Dieppe im Durchschnitt 2,942 Vol. mit Schwankungen von höchstens 0,3. Der Kohlensäuregehalt der Luft im Walde und auf Kleefeldern war fast genau so hoch als auf der Untersuchungsstation, so daſs also die Kohlensäure sehr rasch sich in der Luft vertheilt. Die Luft in Paris enthielt 3,027 Vol. Eine andere Versuchsreihe gab auf der Versuchsstation am Tage 2,891, in der Nacht 3,084 Vol. bei einem Gesammtdurchschnitt von 2,978. Bei einem sehr starken Nebel stieg jedoch der Kohlensäuregehalt sogar auf 3,415 Vol. Th. Schlösing (Comptes rendus, 1880 Bd. 90 S. 1410) erklärt den gleichmäſsigen Kohlensäuregehalt der Atmosphäre durch die ausgleichende Wirkung des Meeres.

H. Macagno (Chemical News, 1880 Bd. 41 S. 97) hat auf der Versuchsstation in Palermo i. J. 1879 eine Reihe von Luftanalysen ausgeführt. Der Sauerstoff wurde mit pyrogallussaurem Kalium, die Kohlensäure gewichtsanalytisch mit Kalilauge bestimmt. Ferner wurde Luft durch Wasser gesaugt und dieses auf Ammoniak mit dem Neſsler'schen Reagens, auf Nitrate mit Indigo und auf organische Stoffe mit übermangansaurem Kalium geprüft. Folgende Tabelle zeigt die Bestandtheile von 100l Luft:

Datum Sauerstoff Kohlensäure Salpetersäure Ammoniak Organisch Für 10 Tage
Mittlere
Temperatur
Regenfall
l l mg mg Grad mm
Februar 10 12,4 11,58
„ 20 20,879 0,021 0,024 0,154 13,6 17,29
„ 28 20,891 0,048 0,028 0,127 12,8 3,57
März 10 20,715 0,025 0,115 9,8 9,24
„ 20 19,994 0,025 0,094 13,3
„ 31 20,888 0,022 0,070 14,4 30,61
April 10 20,910 0,021 Spur 0,076 14,3 32,01
„ 20 20,880 0,064 0,094 15,8 18,45
„ 30 20,898 0,045 0,055 16,0 14,75
Mai 10 20,913 0,005 0,020 14,6 17,20
„ 20 20,902 0,049 0,072 14,0 16,65
„ 31 20,017 0,033 0,036 0,142 19,8 2,23
Juni 10 20,894 0,041 0,107 20,5
„ 20 20,918 0,043 0,040 0,363 22,0
„ 30 20,915 0,043 0,009 0,162 23,5
Juli 10 20,977 0,020 Spur 0,010 0,111 23,4
„ 20 20,984 0,076 0,080 0,157 22,6
„ 31 20,899 0,039 0,138 23,0
August 10 20,910 0,028 Spur 0,005 0,165 25,1
„ 20 20,888 0,030 0,007 0,112 25,1
„ 31 20,895 0,039 0,009 0,131 25,0
Mittel I 20,717 0,033 0 0,008 0,102 14,2 173,18
Mittel II 20,920 0,039 Spur 0,009 0,160 23,4 0

Das erste Mittel gilt für die Monate Februar, März, April und Mai, mit Regen, das zweite für Juni, Juli und August, ohne Regen. Demnach ist die Luft nach dem Regen reiner als vorher. Bemerkenswerth |454| ist noch der geringe Sauerstoffgehalt der Luft, wenn der Sirocco aus Afrika bläst, wie folgende Analysen zeigen:

1879 März 20 19,994 Proc. Sauerstoff
„ 21 20,008
„ 22 20,064
April 15 19,998
Mai 29 20,021
„ 30 20,032
„ 31 20,017

A. Levy (Comptes rendus, 1880 Bd. 91 S. 94) fand auf der Versuchsstation Montsouris in 100cbm Luft im Januar 1879 1mg,9 Ammoniakstickstoff, im Februar 2mg,0, März 1mg,9, April 2mg,2 und im Mai 2mg,1 Ammoniakstickstoff (14 Stickstoff = 17 Ammoniak). Ferner in:

Juni Juli Aug. Sept. Oct. Nov. Dec.
Montsouris 2,1 2,1 2,3 2,4 2,2 1,9 1,7mg
Père-Lachaise (Kapelle) 2,2 2,2 2,3 2,1 2,6
Père-Lachaise (Nord) 1,9 2,3 2,5 2,1 2,2 2,8
Gennevilliers 2,2 3,7 3,7 3,7 4,6 3,7
Clichy 1,8 1,7 1,7 1,9 1,9 2,7
Pariser Kanäle 4,9 4,6 8,0 9,4

Als Jahresdurchschnitt ergab sich ein Gehalt an Ammoniakstickstoff für 100cbm Luft i. J. 1877 von 3mg, i. J. 1878 von 2,3 und i. J. 1879 von 1mg,9.

Zur Bestimmung des organischen Kohlenstoffes in der Luft saugen Dupre und Hake (Chemical News, 1881 Bd. 43 S. 69) dieselbe durch Barytwasser, um den Kohlensäuregehalt festzustellen, sodann eine gleiche Luftmenge nach der Filtration durch Asbest über glühendes Kupferoxyd und dann durch den Absorptionsapparat. Der Unterschied der beiden Kohlensäurebestimmungen wird auf organischen Kohlenstoff berechnet. 10l Luft enthielten danach 0,1 bis 0mg,2 organischen Kohlenstoff. – Den doch wahrscheinlich vorhandenen Kohlenoxydgehalt der Londoner Luft haben die Verfasser nicht berücksichtigt (vgl. F. Fischer 1880 235 440).

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