und die heutige Vorstellung vom Wesen der Gasform. Vortrag, gehalten am 24. September 1875 zu Sondershausen von vr. H. Toepfer. Äcrlin 8VV. 1877. Verlag von Carl Habel. (3um die Luft, und kennt ebenso ein fettes, ein trockenes, ein Rauch-Gas. Auch der seiner Zeit mit Recht hochberühmte englische Physiker Boyle entdeckte mehrere Gasarten oder vielmehr Gasgemische, die er zum Unterschiede von der atmosphärischen künstliche oder gemachte Luft nannte?) Da es nicht eine ausführliche Geschichte der gasförmigen Körper ist, welche hier gegeben werden soll, so enthalte ich mich, auf die häufig recht wunderlichen Vorstellungen einzugehen, weiche man noch im 18. Jahrhundert vom Gaszustände hegte. Die betreffenden Untersuchungen selber waren aber nicht verdienstlos; und man kann auch hier die so häufig sich darbietende Bemerkung machen, daß oft nur ein kleiner Schritt weiter auf der betretenen Bahn zu Entdeckungen geführt hätte, welche später bestimmt waren, der Wissenschaft eine ganz neue Gestalt zu geben. Wenn Boyle und Duclos beobachteten, daß bei der Verkalkung verschiedener Metalle eine Gewichtszunahme eiutrete, die nur von der Ausnahme (srs) 7 gewisser Bestandtheile der atmosphärischen Luft herrühren könnte; wenn Hales den Verbrauch der atmosphärischen Luft beim Verbrennen und Athmen bestimmte: wieviel fehlte da noch, und sie hätten die richtige Erklärung der Verbrenuungserscheinungen gefunden, durch welche hundert Jahre später Lavoisier seinen Ruhm begründete? Alles aber hat seine Zeit; und die Geschichte jeder Wissenschaft zeigt, daß aller wirkliche Fortschritt nur langsam erfolgt, es ist eben als ob der Menschengeist sich nur allmählich an das Licht höherer Erkenntniß gewöhnen könne, als ob eine verfrühte Entdeckung zunächst nur blendend und verwirrend wirke. Was die Chemie der Gase anlangt, so waren es vorzugsweise practische Aufgaben, mit denen man sich im Anfänge des l8. Jahrhunderts beschäftigte: man untersuchte die feurigen Schwaden in den Bergwerken, die verdorbene Luft in den Kellern und in den engen Räumen der Schiffe, die beim Brennen des Kalkes entweichenden Gase, die Luft der Sauerbrunnen u. s. w. Das Wissen dehnte sich zunächst in die Breite aus, nahm aber nicht an Tiefe zu. Indem man alle möglichen Stoffe der Einwirkung starker Säuren unterwarf oder sie mit Feuer behandelte, entdeckte man wohl eine Reihe neuer Gasarteu, aber ihre Unterschiede festzustellen, zu entscheiden, ob Gase, die man auf verschiedenem Wege erhalten hatte, vielleicht identisch seien, erschien noch als schwere, in vielen Fällen unlösliche Aufgabe. Als aber endlich im Jahre 1772 Rutherford den zur Unterhaltung des Athmens und Brennens nicht tauglichen Bestandtheil der Atmosphäre, wir nennen ihn jetzt Stickstoff, als besondere Luftart kennen lehrte, als 1774 Priestley und kurz nachher Scheele das andere in der Luft enthaltene Gas, den zuerst als die wahre Lebenslust betrachteten Sauerstoff, für sich darstellten, da war ein großer Schritt vorwärts geschehen: die atmosphärische Luft war also kein einfacher Stoff, sondern ein Gemisch mehrerer Gasarten, als dritter Be- <2LS) 8 standtheil kam nämlich die schon längst bekannte fixe Luft, die Kohlensäure, hinzu. Auch die ohngefähren Mengenverhältnisse der drei in der gemeinen Luft enthaltenen Gase gab Bergmann 1777 an. Schon vorher, im Jahre 1762, hatte Caveudish das wunderbar leichte, brennbare Gas entdeckt, welches später, nachdem es als Bestaudtheil des Wassers erkannt war, Wasserstoff genannt wurde. Von gasförmigen Verbindungen kannte man die schweflige Säure und die beiden Kohlenwasserstoffe. Somit gab es schon gegen Ende des vorigen Jahrhunderts eine ganze Reihe von luftförmigen Körpern, die wohl von einander und von der atmosphärischen Luft unterschieden werden konnten. Die folgenden Jahre brachten weitere Entdeckungen, und im Jahre 1828 zählte Gehler schon 24 verschiedene Gasarten auf; jetzt ist die Zahl derselben mindestens auf das Doppelte gestiegen. Gleichzeitig hat sich aber durch die später zu besprechende Erkenntlich, daß die sogenannten Dämpfe von den Gasen nicht wesentlich verschieden seien, das Gebiet der lnftförmigen Körper nnverhältnißmäßig weiter ausgedehnt. Wir übersehen aber jetzt wenigstens die Gräuzen dieses Gebietes und können nun daran gehen, es im Einzelnen zu studiren. In Bezug auf die Beweglichkeit ihrer Theilchen stehen die Gase, ebenso wie die eigentlichen Dämpfe, den flüssigen Körpern sehr nahe; nur ist diese Beweglichkeit bei ihnen noch viel hervorstechender. Während die kleinsten Theile der flüssigen Substanzen immer eine gewisse Anziehung zu einander haben, sehen wir bei den gasförmigen keine Spur einer solchen, im Gegentheil scheinen sich ihre einzelnen Theile dauernd abzustoßen: die Flüssigkeiten nehmen darum wohl jede beliebige Gestalt an, erfüllen aber immer nur einen bestimmten Raum; die Gase dagegen haben neben der Fähigkeit, sich jeder Gestalt anzupassen, noch das sehr wesentliche Bestreben, jeden Raum, der ihnen geboten wird, auszufüllen. Befindet sich eine Gasmasse im ab- (2L4) 9 geschlossenen Raume, so äußert sich das Bestreben der Ausdeh- > nung in einem bestimmten, auf die Wände des einschließenden Gefäßes ausgeübten Drucke. Wenn wir wissen, daß durch Zusammenpressung der Luft in der Windbüchse dieser Druck stark genug werden kann, um ein Geschoß mit Gewalt aus dem Laufe zu schleudern; wenn wir durch Erhitzung der Dämpse, die bestimmt sind, in den Cylinder der Dampfmaschine einzutreten, den Druck so weit steigern können, daß der Kolben sich hebt, ^ das Schwungrad in Bewegung geräth und so die ganze Maschine in Thätigkeit kömmt, so sind uns auch im Allgemeinen die Um- ^ stände bekannt, von welchen der Druck einer gegebenen Gasmasse abhängt: es ist die Dichte und die Temperatur. Mit einer so oberflächlichen Kenntniß ist natürlich wenig gewonnen, Be- ! sriedigung kann dem Geiste nur ein bestimmter Ausdruck, ein festes Gesetz gewähren. Eine kurze Betrachtung wird uns dazu führen: Wir denken uns einen hohlen Cylinder mit Luft erfüllt und mit einem luftdicht schließenden Kolben abgesperrt. An dem Kolben sei ein Gegengewicht angebracht, welches zunächst verhindert, daß jener mit seiner eigenen Last auf die eingeschlosseue Luft drückt. Ganz ungepreßt ist dieselbe freilich nicht, lastet doch auf ihr die ganze bis zum Ende der Atmosphäre reichende Luftsäule, und wenn z. B. der Querschnitt des Cylinders 100 Quadrat- centimeter beträgt, so entspricht, wie uns Torricelli gelehrt hat, der Druck der Luftsäule bei gewöhnlichem Barometerstände einem ^ Gewichte von etwa 100 Kilogrammen. °) Wir wollen diesen Druck einen Atmosphärendruck nennen. Jetzt belasten wir den Kolben und sehen ihn tiefer in den Cylinder hinabgleiten; jedes zugefügte Kilogramm bewirkt ein weiteres Sinken, aber immer nur bis zu einem gewissen Punkte. Nach und nach haben wir 100 Kilogramm aufgelegt: wie weit ist der Kolben eingesunken? Eine genaue Messung lehrt, daß die Luft jetzt nur die Hälfte des ursprünglichen Raumes einnimmt; die doppelte Last, der c-2s, 10 Druck zweier Atmosphären, hat also eine doppelte Dichte hervorgebracht. Wir legen abermals 100 Kilogramme auf und finden, daß nun, das heißt durch die dreifache Last, die Luft dreimal so dicht geworden ist. Die zusammengepreßte Gasmasse läßt den Kolben, wie ich schon erwähnte, immer nur bis zu einem gewissen Punkte einsinken, sie übt also auch immer einen Gegendruck aus, welcher genau gleich der drückenden Last ist; man kann darum auch sagen: Bei der doppelten, bei der dreifachen Dichte ist der Druck, welchen ein Gas auf die Wände des einschließenden Gefäßes ausübt, doppelt und dreimal so groß. Wir können unfern Versuch weiter sortsetzen, könnten ihn auch in umgekehrter Weise anstellen, indem wir etwa den Kolben durch Vermehrung des Gegengewichts, also durch Verminderung des Atmosphärendruckes, in die Höhe ziehen, so daß sich die eingeschlossene Luft ausdehnen müßte, immer würden wir eine sehr einfache Beziehung der Dichte der Luft zu dem auf sie ausgeübten Drucke oder zu dem von ihr bewirkten Gegendrücke finden, den man in der Regel Elasticität nennt. Schon Robert Boyle^) kannte diese Beziehungen und sprach sie in dem Gesetz aus: Die Elasticität der Luft verhält sich umgekehrt wie ihre Dichte. Dieser einfache Satz wird nach einem französischen Forscher, der vielleicht selbständig, aber doch erst nach Boyle denselben Ausdruck für das Verhalten der Luft fand, Mariottesches Gesetz genannt. Um die Wichtigkeit der Boyleschen Entdeckung ins rechte Licht zu setzen, brauche ich nur daran zu erinnern, daß in ihr eine Menge Erscheinungen des täglichen Lebens ihre Erklärung finden. Ueberall, wo die eine von zwei benachbarten Luftmassen durch irgend einen Umstand stärker zusammengepreßt wird, als die andere, wächst ihre Spannung, d. h. sie zeigt das Bestreben nach der Seite des geringeren Druckes hinzuströmen. Viele schon lange in den alltäglichen Dienst des Menschen übergegangene (SS6) 11 Apparate: die Saug- und Druckpumpe, die Feuerspritze, die Luftpumpe u. s. w. sind bloße Anwendungen desselben, selbst der E Raucher hat in der türkischen Wasserpfeife ein Instrument, an dem er genugsam jenes Gesetz studiren kann. . Die Verdichtungen und Verdünnungen der Luft, welche bei I den gewöhnlichen Anwendungen Vorkommen, sind im Ganzen I unbedeutend; wenn also auch das Boyle-Mariottesche Gesetz hier noch überall gültig scheint, so ist damit doch nicht entschieden, ob es auch in weitern Gränzen Geltung habe. Diese Frage, welche zunächst nur von wissenschaftlichem Interesse war, hatte die Physiker schon lange beschäftigt; die gefundenen Resultate waren I aber widersprechend. Da unternahm seit 1845 Regnault in j Paris hierauf bezügliche Untersuchungen, welche mit so unübertrefflicher Sorgfalt und Genauigkeit durchgeführt wurden, daß ihre Ergebnisse als die Sache abschließend angesehen werden müssen. Neben der Luft waren es noch Kohlensäure, Stickgas und Wasserstoff, welche den entscheidenden Versuchen unterworfen ^ wurden. Als Haupt-Resultat ergab sich, daß das Mariotte'sche 1 Gesetz nicht vollkommen richtig sei. Während Arago und Dulong erst beim 27fachen Atmosphärendruck eine kleine Abweichung in , dem Verhalten der Luft beobachtet hatten, konnte Regnault eine solche schon bei einem Drucke von zwei Atmosphären constatiren, zunächst war dieselbe noch außerordentlich klein, sie wuchs aber bei weiter getriebener Pressung und zwar betrug die Volum- vermiuderung mehr, als die Rechnung verlangte. Genau ebenso verhielt sich auch Stickstoff und Kohlensäure. Beim Wasserstoff trat eine deutliche Abweichung vom Gesetze erst bei stärkerer Zusammenpressung ein und — was dieses Gas ganz besonders auszeichnet — das jedesmalige Volumen erschien in Rücksicht auf den angewandten Druck zu groß. Eine dritte Gruppe von Gasen, wie z. B. schweflige Säure, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und Cyangas folgen dem Mariotte'schen Gesetze schon bei (227) 12 wenig gesteigertem Drucke nicht mehr, und ihre durch denselben bewirkte Volumverminderung ist viel auffälliger als bei Luft und Stickgas.'') Eine neuerkannte Thatsache ist schon an sich werthvoll; werthvoller wird sie aber, wenn sie sich mit anderen schon länger bekannten in directe Beziehung setzen läßt. Das ist nun wirklich bei den Resultaten der Untersuchungen von Regnault der Fall. Alle Gase aus der zuletzt erwähnten Gruppe sind solche, welche durch Temperaturerniedrigung oder durch Zusammen- pressen zu Flüssigkeiten verdichtet werden können, während die erstgenannten bisher jedem Drucke und selbst einer Abkühlung bis zu 110° 0. unter den Eispunkt widerstanden haben. Da nun die am leichtesten condensirbaren Gase die Abweichungen vom Mariotte'schen Gesetze am ersten, und jedes einzelne die stärkste Abweichung dann zeigte, wenn es sich der Verflüssigung näherte, so lag der Schluß nahe, daß jene Abweichungen überhaupt von einer größer» oder geringeren Annäherung an einen gewissen vollkommenen Gaszustand abhingen. Man nahm an, alle derartigen Unregelmäßigkeiten rührten von freilich noch nicht bestimmbaren Kräften her, welche erst beim absoluten Gaszustand nicht mehr zur Erscheinung kämen. Dieser Schluß wurde durch das Verhalten der sogenannten Dämpfe lediglich bestätigt. Wenn dieselben überhitzt sind, so folgen sie dem Gesetze, sie weichen aber um so stärker von ihm ab, je mehr sie sich in Folge von Temperaturabnahme der flüssigen Aggregatform nähern. Wie aber die Natur auch sonst keine Sprünge zeigt, so nicht einmal zwischen den verschiedenen Aggregatzuständen: Die Dämpfe haben noch nicht ganz die Natur der flüssigen Körper abgestreift, mehr schon die verdichtbaren Gase und am weitesten von dem Flüssigkeitszustande befinden sich die als permanent be- zeichneten. Es ist also, worauf ich schon früher hindeutete, nicht mehr gerechtfertigt, den Unterschied zwischen Gasen und Dämpfen als einen wesentlichen festzuhalten. (?2S) 13 Die außerordentliche Wirkung, welche die Wärme auf die Luft ausübt, konnte nicht verfehlen, die allgemeine Aufmerksamkeit auf sich zu ziehen. Schon Amontons hatte sich gegen Ende des 17. Jahrhunderts mit diesem Gegenstände beschäftigt, und er war für einen speciellen Fall zu einem, wie wir heute be- urtheilen können, auffällig genauen Resultate gekommen?) Damit war freilich kein allgemeines Gesetz gefunden und wegen Unvollkommenheit der Apparate waren alle in der ersten Hälfte des 18. Jahrhunderts von verschiedenen Forschern, wie Euler, Bernoulli u. s. w. angestellten Versuche im Ganzen erfolglos geblieben. Jndeß erkannte doch Sulzer schon 1753, daß die von einer Luftmasse eingenommenen Räume für gleiche Temperaturintervalle aufwärts und abwärts eine arithmetische Reihe bilden, d, h. der von einem Gase erfüllte Raum nimmt immer um gleichen Betrag zu oder ab, 'wenn die Temperatur sprungweise von Grad zu Grad gesteigert oder vermindert wird?) Gegen Ende des vorigen Jahrhunderts kamen bei ihren, auf denselben Gegenstand gerichteten Untersuchungen Delüc, Lambert und Tob. Mayer zu Ergebnissen, welche von unfern heutigen nicht übermäßig abweichen.") Aber diese Uebereinstimmung ist doch mehr eine zufällige, und allzu großes Vertrauen verdienten die Angaben der erwähnten Forscher schon deshalb nicht, weil man noch nicht im Stande war, die dem Versuche unterworfenen Gase vollständig zu trocknen. Auch heute noch ist die Beseitigung des Wasserdampfes, welcher sich mit einer außerordentlichen Zähigkeit an alle Körper anhängt und von vorn herein in jedem Gasgemisch vorhanden ist, eine sehr schwierige Ausgabe, aber doch keine unlösliche. Der Erste, welcher bei seinen Untersuchungen über die durch Wärme bewirkte Ausdehnung der Gase vollkommen getrocknete Luft anwandte, war Gay-Lüsfac. Er fand, daß sich dieselbe bei einer Zunahme der Temperatur von 0° bis 100° 0. um des (SLS) 14 ursprünglichen Raumes, also um etwas mehr als ausdehnte, und als Gesetz sprach er aus, daß die durch Temperaturerhöhung bewirkte Raumvermehrung bei allen Gasen dieselbe sei. Wenn man eine Gasmasse in Pin unausdehnsames Gefäß eiuschließt, so kann sie natürlich bei Wärmezufuhr keinen größeren Raum einnehmen, dafür muß aber und genau in demselben Maße, wie das Volum zugenommen haben würde, der Druck auf die Gefäßwände wachsen. Das ist nur eine unmittelbare Folgerung aus dem Gay-Lüssacschen Gesetze. Auch der in den Anfang dieses Jahrhunderts fallenden Untersuchung des genannten Forschers hafteten indeß nachweisbare Fehler an, und volles Vertrauen verdienen erst die nahezu übereinstimmenden Resultate, welche Nudberg, Regnault, Magnus und in allerneuester Zeit Jolly fanden; danach können wir annehmen, daß sich die Luft bei jeder Zunahme der Temperatur um 1° 0. um des bei 0° von ihr eingenommenen Raumes ausdehne. Nimmt die Temperatur ab, so vermindert sich auch ihr Volum für jeden Grad der hunderttheiligen Skala um denselben Betrag.") Was die übrigen Gasarten aulangt, so stellte sich heraus, daß der sogenannte Ausdehnungscoefficient zwar sehr nahe, aber doch nicht vollkommen mit dem der atmosphärischen Luft übereinstimme. Im Allgemeinen dehnen sich nämlich die einzelnen Gase um so weniger aus, je geringer ihr specifisches Gewicht ist und so erfährt Wasserstoff die geringste, Kohlensäure die größte Volumvermehrung unter den bekannten Gasen. Auch für ein und dasselbe Gas ist der Betrag der Ausdehnung nicht unter allen Umständen derselbe"). So wenig, wie das Ma- riottesche Gesetz, kann auch das Gay-Lüssacsche als vollkommen durch die Erfahrung begründet angesehen werden. Für die Praxis sind alle die scheinbaren Unregelmäßigkeiten in der Ausdehnung von keiner Bedeutung, von desto größerer dagegen für die theoretische Physik. Indem sie genau, wie die (2S0) 15 entsprechenden Abweichungen vom Mariotteschen Gesetz auf einen gewissen idealen Gaszustand Hinweisen, sind sie gerade, wie später speciell nachgewiesen werden soll, starke Argumente für die Richtigkeit unserer heutigen Vorstellung von der Natur der luftförmigen Körper überhaupt. Ich habe mich bei der Darlegung der beiden Gesetze lange aufgehalten: was das Mariottesche anlangt, so konnte ich mich mit der wichtigen Rolle, welche dasselbe im Haushalte der Natur spielt, entschuldigen; dieselbe Entschuldigung ist aber auch be- dem Gay-Lüssacschen Satze gerechtfertigt. Was hat im täglichen Leben mehr Bedeutung als Wind und Wetter? Wind und Wetter aber, soweit sie nicht blos von den ungleichen Dich- tigkeitszuständen benachbarter Luftmassen abhängen, werden nur bedingt von den Ausdehnungs- resp. Spannungsunterschieden der Luft, welche wiederum nur von den Temperaturunterschieden herrühren, die aus der Erdoberfläche zu beobachten sind. Was hat aber weiter in unfern heutigen socialen Verhältnissen größere Bedeutung als die Arbeit der Maschinen, der von Wasserdampf von comprimirter Luft, von explodirenden Gasen getriebenen mächtigen Werkzeuge, die des Menschen Leistungen verhundertfachen und die Menschenarbeit menschenwürdiger machen? Alle diese Maschinen mit ihrer complicirten, fast organisches Leben darstellenden Bewegung folgen dem Gesetze, das die Ausdehnung der Gase durch die Wärme regelt. Der Aufzählung unserer heutigen Kenntnisse von Eigenschaften der gasförmigen Körper habe ich wenig hinzuzusügen, nicht etwa, weil seit Gay-Lüssac und seinen Nachfolgern wenig Werthvolles geleistet wäre, sondern weil die zu ihrer Entwickelung erforderlichen Auseinandersetzungen das Interesse für den behandelten Gegenstand auf eine zu gewagte Probe stellen würden. Wie man in neuerer Zeit die schon von Boyle und von Gay-Lüssac angestellten Untersuchungen wiederholte und er- c-sy l6 folgreich zu Ende führte, so wurden auch vielfach andere, auf gleichem Gebiet liegende Untersuchungsobjecte mit denen sich schon das vorige Jahrhundert beschäftigt hatte, von den Physikern unserer Tage wieder vorgenommcn. Die Fortschritte der Technik und die hierdurch erzielte größere Vollkommenheit der Instrumente, die bessere Einsicht in verschiedene chemische und physikalische Vorgänge, welche manche Fehlerquelle früherer Forscher vermeiden lehrt, die gesteigerte Geschicklichkeit im Experi- mentiren erwecken natürlich den neugefundenen Resultaten von vornherein ein größeres Vertrauen und wenn — wie das wirklich bei verschiedenen Untersuchungen der Fall ist — mehrere Forscher, vielleicht auf verschiedenen Wegen, zu genau denselben Zahlen kommen, dann ist ein Zweifel an solchen Angaben vollständig ausgeschlossen. Wir kennen z. B. jetzt das Gewicht eines Kubikcentimeters atmosphärischer Luft sowohl, wie eines beliebigen Gases in Grammen ausgedrückt bis auf 6 Decimalen und wissen nicht blos, wie sich diese Werthe mit der Temperatur und dem Atmosphärendruck ändern, wir können sogar den Einfluß, der Meeres höhe und der geographischen Lage mit in Rechnung ziehen"). Mit fast gleicher Sicherheit vermögen wir jetzt zu bestimmen, welche Wärmequantität ein Gas braucht, damit es seine Temperatur auf einen beliebigen Grad erhöhe. Indem sich so unsere Kenntnisse von den gasförmigen Körpern immer mehr vertieften und durch neue Entdeckungen wie z. B. betreffs der Wärmeleitungssähigkeit und der Diffusion erweiterten, mußte sich nach und nach das Bedürfniß auf- drängen, die bisher unverbunden neben einander bestehenden Thatsachen unter eine höhere Einheit zu vereinige». Es galt eine Vorstellung von der Constitution der Gase zu gewinnen, einen Ausgangspunkt für die Erklärung der mannigfaltigen lLSS) 17 ! ! I I ! >i Erscheinungen, welche uns die bisher so rätselhaften Körper bieten. Wie nun diese Ausgabe im Laufe des letzten Jahrzehnts gelöst wurde, das will ich im Folgenden zu zeigen versuchen. Die ganze heutige Physik und Chemie und alle Disciplinen, welche mit ihnen im Zusammenhang stehen, beruhen auf Einem Principe; durch alle Erklärungen, welche sie von Erscheinungen in der Natur geben, zieht sich Eine Grundvorstellung, die Vorstellung von der Zusammensetzung der Materie aus Atomen. Bekannt ist, wie schon Leukipp und Demokrit und später Epikur eine Atomenlehre ausgebildet haben, mittelst welcher sie nicht nur die Erscheinungen der Körperwelt, sondern auch die geistigen Wahrnehmungen erklären wollten. Die heutige Atomtheorie ist bescheidener in ihren Ansprüchen, sie ist wenigstens weit entfernt, auch auf geistigem Gebiet mitreden zu wollen; aber auch sonst unterscheidet sie sich wesentlich von der Lehre der griechischen Philosophen. Sie legt zunächst nicht den Hauptacceut auf die Untheilbarkeit der kleinsten Theile, sondern auf die Unveränderlichkeit derselben; während ferner die Demokritischen Atome nur in Gestalt und Größe von einander abwichen, ihrer sonstigen ganz unbekannten Qualität nach aber alle ganz gleich waren, sind die Eigenschaften der heutigen Atome verschiedener Körper ungleich, aber großentheils bekannt. Giebt es also immer noch Leute, welche glauben, gleichzeitig mit der alten Atomistik die neuere widerlegt zu haben, welche dieselbe als eine „ungereimte Fiction" verspotten, so kann ihnen Fechner mit Recht zurufen: „Wenn man die Hauptgründe der Atomenlehre bestreiten oder nur beurtheilen will, so gilt es jedenfalls erst, sie zu kennen"). Uebrigens hat nicht Willkür, sondern zwingende Nothwen- digkeit im Anfang dieses Jahrhunderts die Ausstellung der neuen Lehre mit dem alten Namen veranlaßt. Gewisse Entdeckungen auf dem Gebiete der Chemie forderten gleichsam zu ihrer Er- XII. LI1. 2 (2SS) 18 klärung die Annahme von untheilbaren Körpertheilchen, und> Chemiker, von Dalton angefangen, waren es, welche diese Theorie in die Wissenschaft einführten. Insbesondere die Untersuchungen der gasförmigen Elemente und Verbindungen leisteten ihr mächtigen Vorschub und trugen zu ihrer Durchführung bei. Die Atomenlehre Dalton's war entwickelungsfähig und bald erfuhr sie eine wesentliche Erweiterung durch die Aufstellung des heute in Physik und Chemie so wichtigen Begriffs vom Mvlecül. Avogadro sprach nämlich den wichtigen Satz aus, daß in gleichen Raumtheilen eines gasförmigen Körpers bei gleichem Druck und gleicher Temperatur eine gleiche Anzahl Molecüle enthalten sind. Unter Molecülen verstand aber Avogadro die letzten frei vorkommenden Theile eines zusammengesetzten so wohl wie einfachen Körpers, Theile, die also selber wieder ans Atomen bestehen. Die Anwendung jener nach ihrem Urheber genannten Regel führte direct zur Bestimmung der wichtigsten Eigenschaft der Atome, ihres verhältnißmäßigen Gewichtes, zu Zahlen, die heute geradezu unentbehrlich sind und die Grundlage aller chemischen Arbeiten bilden. Wenn nun in der großen Zahl von That- sachen, welche der Bienenfleiß der Chemiker seit Anfang dieses Jahrhunderts zu Tage gefördert hat, keine einzige gefunden wird, die der Annahme von Atomen widerspricht, wenn vielmehr alle seitherigen Erfahrungen aus diesem Gebiete nur dazu gedient haben, die Lehre fester zu begründen und fortzuentwickeln, so dürfen wir uns nicht wundern, wenn zunächst der Chemiker mit unwandelbarer Treue an ihr festhält. Und wenn wir finden, daß noch eine große Anzahl anderer Erscheinungen, die nicht gerade auf chemischem Gebiete liegen: daß die verschiedene Dichte, Härte, Elasticität, Ausdehnung durch die Wärme, Krystallform u. s. w. ^durch die Atomistik, wie der schon vorhin citirte Fechner sagt, unter einfachen, klaren und klar darstellbaren Gesichtspunkten verknüpft und denselben mechanischen Principien (ssy 19 untergeordnet werden, die auch sonst allein anwendbar sind, kann dann noch irgendwer an der Berechtigung jener Vorstellung zweifeln? Wir wissen freilich, daß mit der Annahme von Atomen das Wesen der Materie nicht ergründet ist; der Naturforscher betrachtet es aber auch gar nicht als seine Aufgabe, das Wesen der Materie zu ergründen: er hält sich an das Gegebene und erkennt demüthig an, daß dem Menschengeiste Schranken gezogen sind, die er nie überschreiten wird. Was nun die Anordnung und den Zustand der Molecüle anlangt, so wissen wir zunächst zweierlei: zuerst lehrt uns die Erscheinung der Zusammendrückbarkeit aller Körper, selbst der dichtesten und festesten, daß der Raum, den sie einnehmen, nicht vollständig von Materie erfüllt sein kann, daß die einzelnen kleinsten Theilchen also nicht unmittelbar an einander lagern sondern durch größere oder kleinere Zwischenräume von einander getrennt sein müssen. Das Zweite — und das haben wir durch die Erkenntniß der Wärme als einer Bewegungserscheinung gelernt — ist die Annahme, daß die Molecüle und Atome in einer dauernden Bewegung sind. Wir nehmen diese letztere, durch unumstößliche Beweise zur Gewißheit erhobene Vorstellung zum Ausgangspunkt unserer weitern Betrachtung, sie wird uns unmittelbar zu der heutigen Lehre vom Wesen des Gaszustandes hinleiten. Bei einem starren Körper ist die Kraft der Molecularbewe- gung nicht groß genug, um die Anziehung je zweier benachbarter Theilchen zu überwinden. Jedes derselben schwingt um eine gewisse Gleichgewichtslage hin und her, und von der Weite dieser Schwingungen ist das Volum bedingt, welches die Ge- sammtheit der Molecüle eines Körpers einnimmt. Jede Quantität zugeführter Wärme, — gleichgültig, auf welche Weise diese Zuführung geschieht, — vergrößert mit der Schwingungszahl auch die Schwingungsweite, wie ein in Bewegung gesetztes Pendel 2« (2SS) 20 durch immer neue Stöße eine Vergrößerung seines Ausschlags erfährt. Sonach muß im Allgemeinen jeder Körper in Folge der Erwärmung oder besser in Folge der lebhafteren Bewegung seiner Theile einen immer größern Raum einnehmen. Wenn zwei bewegte Massen, welche in directer Verbindung stehen, eine verschiedene Geschwindigkeit haben, so müssen sich nach einfachen, mechanischen Gesetzen ihre verschiedenen Bewegungen ausgleichen: was die eine verliert, gewinnt die andere. Genau dasselbe geschieht, wenn sich zwei Körper berühren, deren Molecüle eine verschiedene Bewegung haben, die rascher schwingenden Atome geben den langsameren einen Theil ihrer lebendigen Kraft ab, bis nach und nach Uebereinstimmung in der Bewegung hergestellt ist. Ist nun etwa unsere Hand der eine berührende Körper und sind die Molecüle desselben in langsamerer Schwingung als die des berührten, so empfinden wir die uns durch die Stöße der schwingenden Atome mitgetheilte Bewegung als nieder» oder höher« Grad von Wärme. Die Empfindung einer von uns aus erfolgenden Mittheilung von Bewegung nennen wir Kälte. Wenn sich durch gesteigerte Wärmezufuhr, d. h. durch Mittheilung von Bewegung, die Stofstheilchen immer weiter von einander entfernen, so nimmt in ungleich stärkerem Maße — im quadratischen Verhältniß, wenn auch hier das Newtonsche Gesetz gilt, — die Anziehung zwischen je zwei benachbarten Molecülen ab, sie wird endlich gleich Null. In diesem Momente ist der Körper in den flüssigen Zustand -eingetreten"). Die Theilchen haften nicht mehr an einander, ein jedes wird nur noch von der Masse aller übrigen angezogen und gehalten. Wenn wir einen Felsen zersprengen, so überwinden wir die Cohäsion der Gesteinstheile, die abgesprengten und von einander getrennten Stücke rollen vielleicht das eine über das andere, ihre Bewegung ist aber doch nur eine sehr beschränkte, weil sie ein jedes durch die Schwere, die Massenan- <2S6) 21 ziehung der Erde, gefesselt sind. So ungefähr haben wir uns das Verhalten der Flüssigkeitsatome zu denken. Die Molecular- bewegung, welche schon bei dem starren Körper vorhanden, aber doch nicht direct zu beobachten war, wird in den Flüssigkeiten durch neu hinzugeführte Wärme nur immer lebhafter und bringt Strömungen hervor, welche deutlich zu beobachten sind. Schon im Jahre 1827 wies R. Brown darauf hin, daß in Flüssigkeiten schwimmende kleine Theilchen fester Körper eine zitternde Bewegung haben, und 1863 zeigte Wiener durch fortgesetzte mikroskopische Untersuchungen, daß diese zitternde, unregelmäßige und zickzackförmige Bewegung durch die Natur der Flüssigkeit selber bedingt ist und ihre Ursache in der eigenthümlichen Bewegung der Flüssigkeitstheile haben muß.' °) So ist es möglich, daß feste Stofftheilchen in einem specisisch leichteren Medium nicht nur nicht zu Boden sinken, sondern sich gleichmäßig in demselben verbreiten, natürlich um so rascher, je intensiver in Folge erhöhter Temperatur die Molecularbewegung wird. Die einer Flüssigkeit zugeführte Wärme veranlaßt natürlich, wie beiden festen Körpern und ganz in derselben Weise eine Raumvermehrung. Sonach liegt der Unterschied zwischen dem festen und flüssigen Aggregatzustand in der verschiedenen Art der Bewegung der Molecüle; wir können kaum zweifeln, daß auch das Wesen des Gaszustandes in einer bestimmten Bewegungsform zu suchen ist. Nun sind der möglichen Bewegungen unendlich viele: eine Masse, wie ein Atom, kann z. B. um seine Axe rotiren, kann eine gewisse Curve beschreiben, kann in gerader Linie fortschreiten. Welche Bewegung kömmt den Gasmolecülen zu? Nach der zuerst von Krönig aufgestellten und dann von Clausius ausgebildeten Theorie verhalten sich die Gasmolecüle wie feste, vollkommen elastische Kugeln, welche sich mit destimm- (2S7) 22 ter Geschwindigkeit geradlinig fortschreitend durch den Raum bewegen. Ein jedes behält seine Richtung, bis es gegen ein anderes seinesgleichen oder gegen eine feste oder flüssige Wand anstößt, von wo es dann wegen seiner Elasticität mit ungeminderter Geschwindigkeit zurückprallt, um eine andere durch die Gesetze des Stoßes bedingte Bahn einzuschlagen. Gleichzeitig können oder müssen vielmehr die Gasmolecüle auch eine rotireude Bewegung haben, weil sie ja nur in einzelnen Fällen in centralem Stoße auf einander treffen. Ebenso muß angenommen werden, daß die Atome innerhalb eines Molecüls auch noch in Schwingungen begriffen sind. Die gesammte lebendige Kraft aller dieser Bewegungen nennen wir Wärme. Als erstes Kennzeichen einer guten Theorie pflegt man möglichste Einfachheit hinzustellen; diese Eigenschaft ist der Gastheorie, welche zu ihrem Verständniß nur die simpelsten Begriffe der Mechanik voraussetzt, unbedingt zuzusprechen. Wie ist es aber mit den übrigen, den Werth einer Theorie bedingenden Erfordernissen? Ist sie im Stande, eine Reihe erkannter Thatsachen Zu erklären, in Beziehung zu setzen und ihnen trotz aller scheinbaren Verschiedenheit eine gemeinsame Quelle anzuweisen? Führt ihre consequente Anwendung zu weiterer, tieferer Erkenntuiß? Ordnen sich ihr auch alle auf dem betreffenden Gebiete neu entdeckte Thatsachen willig unter? Die folgende Auseinandersetzung mag als Versuch gelten, diese berechtigten Fragen zu beantworten. Was zunächst den Uebergang aus dem flüssigen in den luftförmigen Aggregatzustand anlangt, so kann man sich leicht vorstellen, wie in Folge von zugeführter Wärme, d. h. durch directe Vermehrung der lebendigen Kraft der Molecüle endlich die Anziehung überwunden wird, welche die Gesammtmenge noch auf das einzelne ausübte. Tyndall drückt sich so aus^): „Die ° k. ist, für jeden Grad Aenderung der Wärme um >/->s zu- oder abnehmen. Fischer, Gesch. d. Phys. IV, S. 231. 11) Der Ausdehnungscoefficient der Luft beträgt nach Rudberg 0-0036457, nach Regnault 0-003665, nach Magnus 0-00366782, nach Jolly 0-0036695 (der mögliche Fehler - -L 0-00000309.) Die Ausdehnungscoefficienten der bekannteren Gase sind nach Jolly folgende: Wasserstoff: 0 0036562 (^00000010001.) Stickstoff: 0-0036677 (a-0-000000917.) Sauerstoff: 0-0036734 (-t-0-0000004671.) Kohlensäure: 0-0037060 (^0 000000937.) Stickoyydul: 0-0037067. Poggend. Anna!., Jubelband 1874 S. 96. Als Ausdehnungscoefficient der Schwefligen Säure fand Magnus 0-00385618, Regnault 0-003845, für Cyangas Regnault 0-003829. 12) Die Ausdehnung der Gase durch die Wärme nimmt mit der Dichtigkeit der Gase um ein Geringes zu: für Kohlensäure beträgt der Ausdehnungscoefficient bei 758 47mm. Druck 0-0036856, bei 3589-07mm. 0-0038598 (Regnault). Betreffs der Lust vergl. Anm. 18. 13) Bei 0° und 760 mm. Druck beträgt das Gewicht eines Cubic- centimeters Luft in Paris (Geogr. Br.: 48° 50' 14", Höhe über dem Meere: 60 Met.) 0-00129318 gr., in Berlin 0-001293606 gr., s. Müll- ner, Experimentalphys. Bd. 2. S. 99. 14) Bei der Darstellung der Atomlehre wurde benutzt: Naumann, Grundzüge der Thermochemie, Braunschweig 1869. Besonders absprechend über die Atomistik äußert sich H. I. Fichte in „Die neuere Atomlehre" (Zcitschr. für Philosophie und philosophische Kritik. Bd. 24. S. 24) Die angeführten Aussprüche Fechners finden sich in dessen „Atomlehre" 1864. 15) Wenn auch im Allgemeinen beim Uebergang aus dem festen in den flüssigen Zustand eine Vergrößerung des Volums Antritt, so ist eine solche doch nicht absolut nothwendig, wenigstens lehrt uns die deutliche Volumverminderung, welche bei der Verwandlung des Eises in flüssiges Wasser stattfindet, daß der feste Körper, in Folge der besonder» Anordnung seiner Theilchen, etwa durch Bildung von regelmäßig vertheilten Hohlräumen, einen größer» Raum einnehmen kann, trotz der geringer» Schwingungsweite der Molecüle s. Tyndall, Die Wärme als eine Art der Bewegung. 1. Aufl. S. 142. 16) In seiner „Atomlehre" (Leipzig und Heidelberg 1869) S. 179 u. ff. spricht Wiener ausführlich über seine Untersuchungen. Er sagt. (LSY 39 daß die von ihm beobachteten Bewegungen nicht etwa als Wärmeschwingungen der Atome zu betrachten seien — solche würde man der Natur der Sache nach nie sehen können — sie rührten vielmehr her „von dem raschen Hereinstürzen benachbarter Flüsstgkeitsmcngen in die Lücken, welche sich beständig bei dem eigenthümlichen-Schwingungszustande der Atome in flüssigen Körpern zwischen Körpcrmengen von bemcrklicher Größe bilden". 17) Tyndall, Die Wärme als eine Art der Bewegung. I. Aufl. S. 79. 18) Der Ausdehnungscoefficient der Luft ist: bei 3656 mm. Spannung -0 003709. „ 1825,, „ (zwischen 0 und 87-9°)--0 0036754. „ 760 „ „ (zwischen 0 und >00°) - 0-003665 (Regnault) . 110 „ „ -0-003648. „ bedeutender Verdünnung ^ 000364166. Aus diesen Zahlen geht zunächst deutlich hervor, wie der Ausdeh- nungscoefstcicnt mit wachsender Annäherung an den vollkommenen Gaszustand kleiner wird. Der letzte Werth 0-00364166 - -4-, welcher dem von Rankine für bedeutend verdünnte Kohlensäure gefundenen gleich ist, ist der dem vollkommenen Gaszustand am meisten entsprechende. Naumann, Thermochemie S. 47. 19) Joule war wohl der erste, welcher die Aufgabe löste, die Geschwindigkeit eines Gasmolecüls zu bestimmen. Aus dem bekannten mechanischen Aeguivalent der Wärme und nach den Resultaten seiner Untersuchungen über die durch die Kondensation der Gase erzeugte Wärme bestimmte er die Geschwindigkeit der Wasserstoffmolecüle beim Gefrierpunkte zu 6055 s. b'. 20) Als solche die verschiedene Geschwindigkeit der Gasmolecüle bestätigende Erscheinungen hätten z. B. noch die Ausfluß- und Diffusionsgeschwindigkeiten verschiedener Gase angeführt werden können, welche nach Versuchen von Graham, genau wie die Theorie fordert, sich umgekehrt wie die Quadratwurzeln aus den Moleculargewichten, d. h. direct wie die Geschwindigkeiten der Molecüle erhalten. 21) Mit Hilfe des Ausdrucks, den Stefan für den Widerstand gesunden, welchen ein Gas bei der Bewegung durch ein zweites von diesem erfährt, kann man aus den von Loschmidt über die Diffusion von Gasen ausgeführten Versuchen die Mittlern Wege der Gasmolecüle berechnen. Man findet für Wasserstoff 222, Sauerstoff 114, Lust 108, Kohlenoxydgas 96, leichtes Kohlenwasscrstoffgas 90, Kohlensäure 74, Stickoxydul 64, Schweflige Säure 60 Milliontel des Millimeters. Mit diesen Zahlen stimmen die Verhältnisse, welche sich aus den Versuchen Grahams über (LSS) 40 die mittlere Weglänge in den einzelnen Gasen ableiten lassen, überein. Die von Maxwell und Meyer gefundenen Werthe der mittleren Wege der Molecüle in der Luft liegen zwischen 90 und 130 Milliontel Millim. Natf. 1872. S. 74. 22) Wenn man den Dalton'schen Satz, wie von der Mehrzahl der Meteorologen geschieht, bis zu der Vorstellung ausdehnt, daß jedes Gas nur auf seine eigenen Molecüle einen Druck ausübt und sich ausdehnt, als wenn die übrigen Gase nicht vorhanden wären, so setzt man sich in directen Widerspruch zur mechanischen Gastheorie. Uebrigens wurde schon 1862, also vor dem Jnslcbentreten der neuen Theorie, von Lamont experimentell nachgewiesen, daß die Luft und der in ihr enthaltene Wasserdampf gegenseitig auf einander einen Druck ausüben. S, Zeitschr. für Math. u. Phys. Jahrg. 1864, S. 440. 23) Tyndall, die Wärme rc. S. 66. 24) Eine die Erscheinungen der Spectralanalyse auf die mechanische Gastheorie zurückführende Auseinandersetzung Thomsons findet sich in der Zeitschrift: Der Naturforscher 1871, S. 300 ff. 25) Vergl. Zeitschrift, Der Naturforscher 1870, S. 228 ff. und 1871, S. 299 ff. 26) Duprs findet, daß die Anzahl der in einem Milligramm Wasser enthaltenen Molecüle mehr als 125 Trillionen betragen müsse; als obern Grenzwerth derselben Anzahl berechnet Lorenz in Kopenhagen 1360 Trillionen, dabei muß der Abstand je zweier Nachbarmolecüle kleiner sein als der hunderttausendbillionste Theil eines Millimeters. Lorenz, Pog- gend. Annal. 1870. Bd. 140. S. 644 ff. (SS6) Druck von Gebr. Unger (Th. Grimm) in Berlin, Schönebergerstraße 17 a.