Durchblick Chemie (eBook)

2 Die anorganische Chemie

2.1 Wasserstoff H

Wasserstoff ist 14½-mal leichter als Luft, während ein Liter Luft 1,2928 g wiegt, ist diese Zahl für das Wasserstoff-Gas daher nur 0,09004 g. Schon sein Name deutet auf sein Vorkommen im Wasser hin, und dieses besteht denn auch, wie dessen Analyse ergeben hat, aus Wasserstoff-Gas und Sauerstoff-Gas. Nun gibt es ein Agens, das chemische Verbindungen direkt in die sie zusammensetzenden Elemente zu spalten vermag, dieser mächtigste Herrscher im Reich der Analyse ist die Elektrizität.

Die Zerspaltung des Wassers in seine beiden Bestandteile führt man auf diesem Wege etwa so aus, dass man den von einer galvanischen Batterie gelieferten Strom in das gebogene Glasrohr A leitet, in dem sich die Pole B und C befinden. Nach Stromschluss steigen an ihnen beide Gase aus, und zwar am negativen Pol Wasserstoff, am positiven Sauerstoff, die man mittels der pneumatischen Wanne, so bezeichnet man die bereits beschriebene Vorrichtung, jedes in einer Flasche auffängt.

Zur Darstellung von Wasserstoff-Gas aus Wasser auf rein chemischem Wege, wobei man aber das Sauerstoff-Gas nicht zugleich zu sehen bekommt, gibt es eine Unzahl von Methoden. Eine der ältesten von ihnen ist die Zerlegung von Wasserdampf durch glühendes Eisen. Glühendes Eisen hat nämlich eine solche Luft sich mit Sauerstoff zu verbinden, eine solche Affinität zum Sauerstoff, dass es ihn aus dem Wasserdampf herausholt, sodass dadurch das Wasserstoff-Gas als solches in Freiheit gesetzt wird, freier Wasserstoff entsteht. Die Apparatur hierfür ist eine recht einfache.

In alter Zeit füllte man einen Ofen von der abgebildeten Form (siehe Fig. 5) mit glühender Holzkohle — heutzutage benutzt man Gasöfen. Durch den Ofen führt ein eisernes Rohr, das man zur Vermehrung der Oberfläche des Eisens mit Eisenspänen gefüllt hat. Ist das Rohr glühend geworden, so bringt man Wasser in der Retorte, unter der sich dieses Mal kein Spiritus-, sondern ein Gasbrenner befindet, zum Kochen. Dem durchströmenden Wasserdampf entzieht jetzt das glühende Eisen den Sauerstoff, mit dem es sich zu Eisensauerstoff, also kürzer Eisenoxid genannt, verbindet, während der gasförmige Wasserstoff weiterwandert und in einem Zylinder aufgefangen wird.

Nun kann man den Wasserstoff mittels Eisen aus dem Wasser aber noch auf weit bequemerem Wege gewinnen. Man braucht nämlich Eisen nur mit Wasser zu übergießen und etwas Säure zuzugießen, dann entwickelt sich schon aus der kalten Flüssigkeit Wasserstoff-Gas. Bevor wir dieses experimentell ausführen, müssen wir aber den Ausdruck Säure erklären.

A. Säuren, Basen und Salze, Kristalle

Was sauer schmeckt, lehrt uns die Zunge, und so sind für die Chemiker der Essig, die Salzsäure usw. schon immer Säuren. Sind Säuren giftig, so darf man sie nicht schmecken, und wird Essig in viel Wasser gegossen, sodass die Zunge ihn nicht mehr erkennt, so bleibt er natürlich deswegen doch im chemischen Sinne eine Säure, weit empfindlicher als die menschliche Zunge sind nun gewisse Farbstoffe gegenüber Säuren, so z. B. der uralt bekannte Lackmusfarbstoff. Lackmus ist eine in Südfrankreich gedeihende Pflanze. Er ist für gewöhnlich blau, aber jede Spur Säure färbt ihn rot. Was nun Lackmus rot färbt, ist für die Chemiker Säure. Aber es gibt auch Stoffe, welche roten Lackmus wieder blau färben. Sie sind von laugenhaftem Geschmack, und die Chemiker haben für sie höchst überflüssigerweise sogar zwei Namen, sie bezeichnen sie nämlich als Alkalien oder Basen. Gießt man nun Lösungen von Säuren mit Alkalien zusammen, so wird dadurch die Wirksamkeit auf Lackmus aufgehoben, es entsteht eine Flüssigkeit, die sich dem Lackmus gegenüber neutral verhält, und was jetzt vorhanden ist, ist die Lösung eines neutralen Salzes, was bei der Vereinigung einer Säure und einer Base entsteht, heißt also Salz. Daher kennen die Chemiker nicht nur Kochsalz oder Glaubersalz, sondern die Zahl der Salze, die es für sie geben kann, ist unzählig.

Gewohnheitsmäßig glaubt der Laie, eine Säure müsse eine Flüssigkeit sein. Davon ist ja aber in obiger Auseinandersetzung keine Rede gewesen, und so verstehen wir jetzt, dass der Hauptbestandteil der Stearinkerzen die Stearinsäure sein kann, und weshalb die Chemiker z. B. den Sand Kieselsäure nennen, wenn wir noch erfahren, dass sich Sand mit der Base Kali zu kieselsaurem Kali — im gewöhnlichen Leben Kaliwasserglas genannt — vereinigt, und weshalb sie von Kohlensäure, die doch ein Gas ist, sprechen. Ebenso können Basen feste, flüssige oder gasförmige Körper sein.

Hat man z. B. Essig durch Zusatz von Kali in essigsaures Kali verwandelt, und dampft die Flüssigkeit stark ein, so scheidet sich beim Abkühlen das essigsaure Kali aus, aber nicht in pulvriger Form, sondern in kristallisierter Form, also mit glitzernden Flächen und Kanten. Das kommt daher, dass die Natur den chemischen Verbindungen nicht nur eine bestimmte Zusammensetzung, sondern auch eine bestimmte Kristallform ein für allemal mitgegeben hat. Wir lassen hier die Abbildungen von kristallisierter Kieselsäure, die man Quarz zu nennen pflegt, kristallisiertem Kochsalz und kristallisiertem Wasser, wie es als Schnee herabfällt, folgen.

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Nunmehr kehren wir wieder zum Wasserstoff zurück und haben hinsichtlich der Säuren weiter zu bemerken, dass alle Säuren Wasserstoff enthalten, welcher durch Metall ersetzbar ist. Dieser Ersatz kann so leicht vor sich gehen, dass man, wie schon erwähnt, manche Metalle nur mit verdünnter Säure zu übergießen braucht, damit sie Wasserstoff-Gas austreiben, indem die Metalle in der Säure an seine Stelle treten. Dazu bringen wir in eine Flasche mit 2 Öffnungen (Fig. 9) Eisenspäne, gießen darauf Wasser und sodann durch den Trichter Salzsäure. Sogleich tritt starkes Aufbrausen ein, und durch das in der zweiten Öffnung mittels Kork befestigte Glasrohr entweicht Wasserstoff, während sich in der Flasche salzsaures Eisen bildet. Das Wasserstoff-Gas sehen wir noch durch ein weiteres Rohr strömen. In ihm liegt eine Substanz, die so begierig nach Wasser ist, dass sie selbst aus den Luftarten die Feuchtigkeit an sich zieht. Solcher Substanzen gibt es eine ganze Anzahl, sehr beliebt ist das Chlorkalzium für diesen Zweck. Dieser Apparat liefert also trockenes Wasserstoff-Gas. Lässt man den trocknen Wasserstoff in einen Ballon (z. B. Kollodiumballon), wie er im Fachhandel erhältlich ist, strömen, indem man ihn über das Ende des Gasableitungsrohres schiebt, und hernach zubindet, so steigt er als Luftballon an die Decke des Zimmers.

Die Eigenschaften des Wasserstoff-Gases sind folgende: Es ist brennbar und verbrennt, indem es sich mit dem Sauerstoff der Luft verbindet, wieder zu Wasser. Mischt man Wasserstoff mit Luft, indem man z. B. einen zu einem Drittel etwa mit Wasserstoff gefüllten Zylinder aus der pneumatischen Wanne heraushebt, so entzündet sich das Gemisch mit scharfem Knall. Hat man zu 2 Teilen Wasserstoff statt Luft 1 Teil Sauerstoff-Gas zugemischt, so hat man das Knallgas, weil beim Verbrennen von Wasserstoff und Sauerstoff eine Temperatur entsteht, die höher ist, als man sie durch Verbrennen von Kohle überhaupt herzustellen vermag, findet die Knallgasflamme technische Verwendung. Zur Sicherung vor Explosionen hat das „Knallgasgebläse“ folgende einfache Einrichtung:

Durch W strömt das Wasserstoff-Gas, welches beim Austritt an der Spitze entzündet wird. Jetzt lässt man durch S das Sauerstoff-Gas in die Wasserstoffgasflamme treten. Die Verbrennung findet hier somit statt, ohne dass eine vorherige Mischung beider Gasarten, welche die Explosion veranlassen würde, möglich ist, und ist deshalb gefahrlos.

2.2 Chlor, Brom, Jod, Fluor

Der Wasserstoff steht unter den Elementen für sich allein da, während wir bei den anderen Elementen oft bemerken, dass gerade vier von ihnen eine Gruppe bilden, d. h., dass diese Vier hinsichtlich ihres chemischen Verhaltens große Ähnlichkeit untereinander zeigen. Wenn wir jetzt schon eine Gruppe folgen lassen, deren Namen uns recht fremd anmuten, und nicht etwa über Eisen oder Kohle sprechen, so geschieht es, weil wir uns, sobald wir sie außer dem Wasserstoff kennengelernt haben, zu Betrachtungen ausschwingen können, die die Grundlage allen wissenschaftlichen Arbeitens auf dem Gebiet der Chemie bilden, nämlich zur Atom-und Molekulartheorie nebst Feststellung der Gewichte der Atome und...