Einige Versuche schienen darauf hinzudeuten, daß auch das Chlor eine Sauerstoffverbindung sei. So hatte Berthollet die Abscheidung von Sauerstoff unter gleichzeitiger Bildung von Salzsäure beobachtet, als er in Wasser gelöstes Chlor dem Sonnenlichte aussetzte. Dieser Versuch wurde als eine Zerlegung des Chlors in Sauerstoff und Salzsäure gedeutet. Chlor erschien somit als ein höheres Oxyd des Radikals der Salzsäure. Aus diesem Grunde wurde das Chlor als oxydierte Salzsäure bezeichnet.

Den Nachweis, daß Chlor keinen Sauerstoff enthält, sondern ein Grundstoff ist, führten erst Gay-Lussac279 im Jahre 1808 und Davy 1809. Als Gay-Lussac aus dem Chlor durch Reduktion mittelst Phosphor Salzsäure abzuspalten suchte, traten weder das Oxyd des Phosphors noch Salzsäure in die Erscheinung. Das Chlor verband sich vielmehr mit dem Phosphor zu einer neuen, als Chlorphosphor bezeichneten Substanz. Ähnlich verhielt sich, wie Davy nachwies, das reine Chlor gegen Metalle. Wurden z. B. Zinn und Chlor zusammengebracht, so verschwanden beide, und es entstand eine helle Flüssigkeit (Chlorzinn, SnCl₄). Für die elementare Natur des Chlors sprach auch der Umstand, daß sich das Chlor nicht veränderte, wenn man es in Gefäßen, auf die es chemisch nicht zu wirken vermochte, einer sehr hohen Temperatur aussetzte. Die Schwierigkeit, über die chemische Natur des Chlors ins reine zu kommen, war dadurch hervorgerufen worden, daß man mit Chlor bei Gegenwart von Wasser experimentiert hatte. Sobald man wasserfreie Reagenzien benutzte, trat bei Versuchen mit Chlor auch keine Salzsäure auf. Die irrtümliche Bezeichnung »oxydierte Salzsäure« mußte also in Fortfall kommen. Sie wurde von Davy durch den Namen Chlor (von χλωρός, grün) ersetzt280.

11. Die Aufstellung der atomistischen Hypothese und ihre experimentelle Begründung.

Als Lavoisier und Cavendish die Mengenverhältnisse, nach denen die Elemente zu chemischen Verbindungen zusammentreten, in den Bereich ihrer Untersuchung zogen, machten sie schon stillschweigend die Voraussetzung, daß diese Verhältnisse für scharf charakterisierte Verbindungen unveränderliche Größen seien. Das Quantitative konnte ja nur dann die Grundlage für die weitere Entwicklung der Chemie abgeben, wenn es die Bedeutung eines Naturgesetzes besaß. Demnach mußte die erste Aufgabe eines neuen Zeitalters in dem Nachweis bestehen, daß dies der Fall sei. Daran knüpfte sich dann weiter der Versuch einer ursächlichen Erklärung der chemischen Vorgänge und der bei diesen auftretenden Gesetzmäßigkeiten.

Um den Nachweis des Gesetzes von der Konstanz der Gewichtsverhältnisse hat sich der Franzose Proust281 sehr verdient gemacht. Ihm gelang es, die entgegengesetzte, von seinem Landsmann Berthollet282 vertretene Ansicht, daß die Elemente in veränderlichen, von äußeren Umständen abhängenden Verhältnissen sich verbinden, nach langem Streite und auf Grund zahlreicher Analysen zu widerlegen. Die Ansicht Berthollets, daß zwischen zwei Verbindungen, wie sie z. B. Schwefel und Eisen (FeS, FeS₂) oder Zinn und Sauerstoff (SnO, SNO₂) bilden, alle Übergänge möglich seien, ließ Proust nicht gelten. Er führte diesen Irrtum darauf zurück, daß Berthollet anstatt der vermeintlichen Übergangsstadien Gemenge jener Verbindungen in der Hand gehabt habe, und lieferte den Nachweis, daß, wenn zwischen zwei Elementen mehrere Verbindungen bestehen, die Änderung in der Zusammensetzung nicht allmählich, sondern sprungweise erfolgt. Geht z. B. Zinnoxydul, das 11,9% Sauerstoff enthält, durch weitere Aufnahme dieses Elementes in Zinnoxyd über, so erfolgt dieser Übergang durch einen Sprung auf eine andere bestimmte Menge Sauerstoff, nämlich auf 21,3%. Dasselbe Verhalten zeigten auch Metalle, die sich in mehreren Verhältnissen mit Schwefel verbinden. Proust dehnte seine Untersuchung auch auf die Verbindungen von Kupfer, Eisen, Nickel, Antimon, Gold, Silber, Quecksilber, sowie auf die organischen Substanzen aus. Für alle in Betracht gezogenen Fälle ergab sich das Vorhandensein jener von ihm behaupteten Gesetzmäßigkeit. Für die Vereinigung von Säuren und Basen unter Bildung von Salzen war die Konstanz der Gewichtsverhältnisse schon vor Proust durch den deutschen Chemiker Richter nachgewiesen worden; doch war die Arbeit dieses Mannes insbesondere ihrer dunklen Ausdrucksweise wegen zunächst fast unbeachtet geblieben. Die ersten Versuche, durch die Analyse eines Stoffes das Verhältnis seiner Bestandteile zu ermitteln, gingen wahrscheinlich von der alten philosophischen Ansicht aus, daß alles nach Maß und Gewicht geordnet sei. Die früheste wissenschaftliche Arbeit, die sich mit dem Nachweise bestimmter Verhältnisse beschäftigt, rührt von Wenzel283 her. Sie erschien 1777 unter dem Titel »Lehre von der Verwandtschaft der Körper« und befaßte sich mit den Gewichtsverhältnissen, nach denen sich Säuren und Basen zu Salzen vereinigen. An Wenzels Untersuchungen knüpfte Richter an. Bei Wenzel findet sich auch schon das Massenwirkungsgesetz angedeutet. In diesem Punkte erscheint er als der Vorläufer Berthollets284. Erst später, als Berzelius die Gewichtsverhältnisse der Atome bestimmte, zeigte sich die grundlegende Bedeutung der Untersuchungen Wenzels und Richters.

Jeremias Benjamin Richter wurde 1762 in Schlesien geboren285. Er wirkte zuerst als Bergwerksbeamter in Breslau und darauf als Angestellter der Königlichen Porzellanmanufaktur in Berlin. Die Eigenart Richters besteht darin, daß fast alle seine Arbeiten auf eine Anwendung der Mathematik auf die Chemie abzielen. Dies spricht sich schon in dem Titel seiner Erstlingsarbeit aus286. Richter ging so weit, daß er die Chemie für einen Teil der angewandten Mathematik erklärte. Sein Hauptwerk führt den Titel »Stöchiometrie oder Meßkunst chymischer Elemente«287. Es erschien 1792-1802.

Richters Verdienst besteht darin, daß er für die Säuren und die Basen den Äquivalentbegriff schuf. Der Gang seiner Untersuchung war der folgende. Er bestimmte die Gewichtsmengen der ihm bekannten Basen, welche ein und dieselbe Menge, z. B. 1000 Gewichtsteile, Schwefelsäure gerade neutralisieren. Die erhaltenen Werte nannte er die Neutralitätsreihe der Basen. Diese Werte mögen für einige Basen, nach Richters Angaben auf 1000 Teile Schwefelsäure berechnet, hier folgen. Sie sind in hohem Grade ungenau und nur dadurch von Wert, daß sie die erste Tafel der Äquivalentgewichte darstellen:

Das Zweite war, daß Richter eine ähnliche »Neutralitätsreihe« der ihm bekannten Säuren mit Bezug auf eine bestimmte Menge einer Basis ermittelte. Sei die Basis Kalk, von dem nach ihm 793 Gewichtsteile durch 1000 Gewichtsteile Schwefelsäure neutralisiert werden, so ergeben sich für einige der übrigen bekannten Säuren folgende Äquivalente für die zugrunde liegende Basis:

Den Wert solcher Tafeln erblickte Richter darin, daß sie die Zusammensetzung aller aus der Verbindung je einer Basis mit je einer Säure entstehenden neutralen Salze zu berechnen gestatten, wenn nur die Äquivalente der Basen und der Säuren in den beiden Tafeln enthalten sind. So würde z. B. salpetersaurer Kalk die Basis und die Säure im Verhältnis 793 : 1405 enthalten, da 1000 Gewichtsteile Schwefelsäure, die 793 Teile Kalk sättigen, 1405 Teilen Salpetersäure äquivalent sind.

Eine Fortsetzung und Erweiterung fanden die stöchiometrischen Untersuchungen durch Dalton, mit dessen Hauptwerk, dem »Neuen System der chemischen Wissenschaft« wir uns jetzt näher befassen müssen.

John Dalton wurde im Jahre 1766288 als Sohn eines armen englischen Webers geboren. Nachdem er die Schule verlassen hatte, erteilte er in seinem Heimatsorte Elementarunterricht. Es gelang ihm, sich so weit fortzubilden, daß er mit 27 Jahren eine Stelle als Lehrer der Mathematik und der Physik am »New College« in Manchester einnehmen konnte. Später gab er diese Stelle auf und erwarb sich seinen Unterhalt, indem er in den größeren Städten Englands Vorlesungen über die Fortschritte der Naturwissenschaften hielt. Äußere Ehren hat Dalton nicht gesucht. Selbst als sein Ruhm weit über die Grenzen des Vaterlandes hinaus gedrungen war, blieb er der bescheidene Privatgelehrte, der in dem Forschen nach der Wahrheit seine größte Befriedigung fand. Dalton war Mitglied der Royal Society. Als das Alter herannahte, wurde ihm vom Könige eine kleine Pension ausgesetzt. Dalton starb im Jahre 1844 in Manchester.

Proust hatte bei seinen Analysen der verschiedenen Oxydations- und Schwefelungsstufen eines und desselben Elementes die Ergebnisse in Prozenten angegeben. Vergleicht man die so erhaltenen Zahlen, z. B. für die oben erwähnten Oxyde des Zinns289 (11,9% und 21,3%), so lassen sie keine einfache Beziehung erkennen. Dalton, welcher den Nachweis der konstanten Gewichtsverhältnisse insbesondere auf gasförmige Verbindungen auszudehnen suchte, kam auf den glücklichen Gedanken, die Zusammensetzung für gleiche Gewichtsmengen des mit Sauerstoff verbundenen Elementes zu berechnen. Dann ergeben sich z. B. für die Oxyde des Zinns, auf 100 Gewichtsteile dieses Elementes berechnet, 13,5, bezw. 27 Gewichtsteile Sauerstoff, oder für die Oxyde des Stickstoffs, mit welchen Dalton sich vorzugsweise beschäftigte, auf 14 Gewichtsteile Stickstoff 8, 16, 24, 32, 40 Gewichtsteile Sauerstoff. Indem Dalton diese Mengen verglich, entdeckte er eins der wichtigsten Gesetze der Chemie. Es zeigte sich nämlich, daß die Gewichtsmengen Sauerstoff, die mit einer bestimmten Menge Zinn oder Stickstoff zu Oxyden zusammentreten, unter sich in einem einfachen Verhältnis stehen. Diese Gewichte verhalten sich nämlich wie die Zahlen 1, 2, 3, 4, 5. Oder die in die höheren Oxydationsstufen eingehenden Mengen sind einfache Multipla derjenigen Menge, die in der niedersten Oxydationsstufe enthalten ist. Dalton hat diese Untersuchungen, die um 1802 stattfanden, mit demselben Erfolge auf die Oxyde des Kohlenstoffs, sowie auf die Verbindungen des Kohlenstoffs mit Wasserstoff ausgedehnt. Von den Kohlenstoffverbindungen analysierte er das kurz vorher290 entdeckte Äthylen (C₂H₄) und das Grubengas (CH₄). Er fand, daß sich darin die mit der gleichen Menge Kohlenstoff verbundenen Wasserstoffmengen wie 1 : 2 verhalten.

Damit war trotz der großen Mängel, welche der analytischen Chemie und ihren Ergebnissen um 1800 noch anhafteten, durch Dalton das zweite Fundamentalgesetz der Chemie entdeckt, das alle späteren Untersuchungen nur bestätigen konnten. Dies »Gesetz von den multiplen Proportionen« besagt, daß verschiedene Mengen eines Elementes (in dem letzten Beispiel Wasserstoff), die sich mit der gleich bleibenden Menge eines anderen (in dem letzten Beispiel Kohlenstoff) zu chemischen Verbindungen vereinigen, unter sich einfache Multipla sind.

An die Entdeckung wichtiger Gesetze hat sich jederzeit das Bemühen geknüpft, eine Vorstellung über die Natur der Dinge zu gewinnen, die mit den entdeckten Regeln so weit in Einklang steht, daß letztere als eine notwendige Folge jener Vorstellung erscheinen. Diesen wichtigen Schritt auf der Bahn der Erkenntnis an die Auffindung des Gesetzes von den Multiplen angeschlossen zu haben, ist gleichfalls das Verdienst Daltons, welcher dadurch eine der Grundlagen aller seitherigen naturwissenschaftlichen Betrachtung schuf.

»Schon die Beobachtungen über die verschiedenen Aggregatszustände,« sagt Dalton, »müssen zu dem Schlusse führen, daß alle Körper aus einer ungeheuren Anzahl von äußerst kleinen Teilchen oder Atomen bestehen, die miteinander durch eine je nach den Umständen stärkere oder schwächere Anziehungskraft verbunden sind.«

Ob die letzten Teilchen eines Stoffes, z. B. des Wassers, alle gleich sind, d. h. von derselben Gestalt, demselben Gewicht usw., ist dann die zweite Frage. Man habe indessen, meint Dalton, keinen Grund, eine Verschiedenheit dieser Teile anzunehmen. Bestände eine solche z. B. beim Wasser, so müßte sie gleicherweise in den Elementen, die das Wasser bilden, hervortreten. Wären einige Wasserteilchen leichter als andere, und würde ein Teil der Flüssigkeit bei irgend einer Gelegenheit aus solchen leichteren Teilchen gebildet, so müßte dies das spezifische Gewicht des Wassers beeinflussen, ein Umstand, der indessen nicht bekannt sei. Ähnlich verhalte es sich mit jeder anderen Verbindung. Daraus müsse man schließen, daß die letzten Teilchen aller homogenen Stoffe in Gewicht, Gestalt usw. völlig gleich sind. Die Zahl dieser Teilchen könne aber keine unendliche, sondern sie müsse in einem gegebenen Volumen eine begrenzte sein, wie auch in einem gegebenen Teile des Weltalls die Zahl der Gestirne nicht unbegrenzt sein könne. Die chemische Synthese und Analyse besteht nach Dalton in einer Trennung und Wiedervereinigung der Atome. Neuerschaffung oder Zerstörung eines Stoffes sind unmöglich. »Wir können,« sagt Dalton, »ebensowohl versuchen, einen neuen Planeten dem Sonnensystem einzuverleiben oder einen vorhandenen zu vernichten, als ein Atom Wasserstoff zu erschaffen oder zu zerstören. Alle Änderungen, die wir hervorbringen können, bestehen in der Trennung von Atomen, die vorher verbunden und in der Vereinigung solcher, die vorher getrennt waren.«

Aus diesen Betrachtungen ergibt sich die Aufgabe, das Gewicht der Atome zu bestimmen. Atomgewichte nach ihrer absoluten Größe zu ermitteln, war Dalton zwar nicht in der Lage; wohl aber versuchte er auf Grund gewisser Annahmen die verhältnismäßige Schwere der kleinsten Teilchen festzustellen. Gibt es z. B. zwischen zwei Stoffen nur eine chemische Verbindung, so besteht die einfachste Annahme darin, daß sie sich durch Aneinanderlagerung von je einem Atom des einen und je einem Atom des anderen Elementes gebildet habe. In diesem Falle würde das Mengenverhältnis mit dem relativen Gewicht der Atome übereinstimmen. Nach Dalton trifft jene Voraussetzung z. B. für Wasser und Ammoniak zu; es war nämlich damals nur eine Wasserstoffverbindung des Sauerstoffs, sowie des Stickstoffs bekannt. Unter der Annahme, daß diese Verbindungen sich durch Aneinanderlagerung von je zwei Teilchen der betreffenden Elemente bilden, ergab sich das Atomgewicht des Sauerstoffs = 7 und dasjenige des Stickstoffs = 5. Genauere Analysen würden die Werte 8 und 4,6 geliefert haben. Wir bezeichnen diese Mengen, die einem Gewichtsteil Wasserstoff entsprechen, als Äquivalentgewichte. Sie ergeben erst mit der Valenz der betreffenden Elemente multipliziert die Atomgewichte. So ist das Atomgewicht des zweiwertigen Sauerstoffs 16 (2 × 8) und dasjenige des dreiwertigen Stickstoffs 14 (3 × 4,6).

Wie das Gesetz von der Konstanz der Gewichtsverhältnisse, so erscheint auch das Gesetz von den multiplen Proportionen als eine Folge der atomistischen Hypothese. Gibt es nämlich zwischen zwei Elementen mehrere Verbindungen, so wird man annehmen dürfen, daß sich je ein Atom des ersten Elementes mit je einem, zwei, drei Atomen des zweiten vereinigt. Die zweite Verbindung muß dann, weil ja die Atome unter sich gleich schwer sind, in bezug auf die unverändert gebliebene Menge des ersten Elementes die zweifache, die dritte Verbindung dagegen die dreifache Gewichtsmenge des zweiten Elementes besitzen. So ist das Kohlenoxyd eine binäre Verbindung, die aus einem Atom Sauerstoff und einem Atom Kohlenstoff besteht. Die ternäre291 Kohlensäure dagegen besteht aus einem Atom Kohlenstoff und zwei Atomen Sauerstoff, da mit der gleichen Gewichtsmenge des ersten die doppelte Menge des zweiten Elementes verbunden ist.

Ein weiterer Fortschritt bestand darin, daß Dalton Symbole in die Chemie einführte. So bezeichnete er z. B. Wasserstoff mit ⊙, Sauerstoff mit ○, Schwefel mit ⊕; Schwefelsäureanhydrid bekam das Zeichen ○/⊕/○○, da jedes seiner Teilchen aus einem Atom Schwefel und drei Atomen Sauerstoff zusammengesetzt ist. Die heutige Bezeichnungsweise, Wasserstoff = H, Sauerstoff = O, Schwefel = S, Schwefelsäureanhydrid = SO₃ rührt von Berzelius her.

Die von Dalton ermittelten Atomgewichte waren noch sehr ungenau. Einige der wichtigsten sind:

Für Natron und Kali, die Dalton in seiner Atomgewichtstafel noch als Elemente aufzählte, ergaben sich aus ihren Verbindungen mit Säuren die Zahlen 28 und 42. Nach Davys Entdeckung sind Natron und Kali Metalloxyde292. Natron mußte daher als eine Verbindung von einem Atom Metall (21) mit einem Atom Sauerstoff (7) angesehen werden, während Kali aus einem Atom Metall (35) und einem Atom Sauerstoff (7) bestand.

Das Gesetz von den multiplen Proportionen wurde fast zur selben Zeit, als Dalton seine Theorie begründete, auch von dem Engländer Wollaston an den Salzen der Oxalsäure nachgewiesen. Daß sich die Oxal- oder die Kleesäure, die wir als zweibasische Säure kennen

mit einigen Basen in verschiedenen Verhältnissen verbindet, war schon bekannt. Wollaston293 stellte sich die Aufgabe, die mit der gleichen Menge Basis sich verbindenden Säuremengen zu ermitteln und durch die Ausdehnung seiner Untersuchung auf zahlreiche Fälle festzustellen, ob sich in den ermittelten Zahlenverhältnissen eine Regelmäßigkeit, ein Gesetz, kundgibt. Wollastons Befunde bejahten diese Frage. Er wies z. B. nach, daß sich die Mengen Kleesäure, die sich mit der in allen drei Fällen gleichen Menge Kali verbinden, genau wie 1 : 2 : 4 verhalten294.

Die Abhandlung, in der Wollaston über seine Versuche berichtet, ist auch deshalb von großem Interesse, weil uns darin schon an der Wiege der Atomtheorie die Frage nach der räumlichen Anordnung der Atome begegnet, eine Frage, die später in den Mittelpunkt der chemischen Spekulation gerückt wurde. Wollaston macht nämlich bei der Besprechung des übersauren oxalsauren Kaliums, bei dem auf ein Äquivalent Kali vier Äquivalente Säure kommen, folgende Bemerkung. Wenn auf ein Atom der einen Art (das Wort Atom wurde damals auch für die kleinsten Teile der Verbindungen gebraucht) vier Atome der anderen Art kämen, so könne stabiles Gleichgewicht eintreten, wenn das erste Atom die Mitte und die vier anderen die Ecken eines regulären Tetraeders bildeten. Wollaston schuf also genau dieselbe Vorstellung, nach der sich der Begründer der Stereochemie, van't Hoff, im Grubengase die vier Wasserstoffatome um das vierwertige Kohlenstoffatom gruppiert dachte.

Wollaston ist jedoch vorsichtig genug, die von ihm ersonnene geometrische Anordnung der Grundbestandteile einer Verbindung als ganz hypothetisch hinzustellen. Ihre Bestätigung oder Ablehnung sei erst von späteren Beobachtungen zu erwarten. Ja, es sei vielleicht zu kühn, zu hoffen, daß die geometrische Anordnung der Atome jemals bekannt sein werde.

Nachdem die atomistische Hypothese Geltung gefunden, bestand die nächste Aufgabe der Experimentalchemie in einer möglichst genauen Bestimmung der Äquivalente. Eine solche mußte nicht nur für die Analyse von der größten Wichtigkeit sein, sondern auch die Grundlage für alle weiteren Spekulationen bilden. Galt es doch, die Frage zu entscheiden, ob die erhaltenen Zahlen die wahren relativen Gewichte der Atome seien und ob ferner, dies vorausgesetzt, sich einfache Beziehungen zwischen den Atomgewichten ergeben würden.

Spekulationen, die sich nicht auf eine hinreichend sichere Grundlage stützen, haben sich fast immer als übereilt erwiesen. Dies lehrt auch die weitere Entwicklung der Atomtheorie. Vergleicht man die von Dalton 1803 veröffentlichte Tabelle mit der später in seinem »neuen Systeme« mitgeteilten, so muß auffallen, daß die hier gegebenen Atomgewichte durchweg ganze Zahlen sind, während die Tabelle vom Jahre 1803, abgesehen von dem als Einheit geltenden Atomgewicht des Wasserstoffs, solche überhaupt nicht enthält.

So lauten seine Verhältniszahlen:

Diesen Abrundungen wurde durch den Engländer Prout, der sich um die Experimentalchemie kaum verdient gemacht hat, eine reale Bedeutung beigelegt. Prout nahm an, daß die wahren Atomgewichte ganze Zahlen und daß die Abweichungen, welche die Analyse ergibt, auf Fehler zurückzuführen seien. Auf Grund dieser irrigen Voraussetzung, die lediglich aus der weitgehenden Unsicherheit der analytischen Ergebnisse entsprang, führte Prout sämtliche Elemente auf den Wasserstoff als Urmaterie zurück. Die Atome der Grundstoffe sollten sich durch Aneinanderlagern einer verschieden großen Zahl von Wasserstoffatomen gebildet haben, woraus dann notwendig folgen würde, daß die Atomgewichte einfache Multipla desjenigen von Wasserstoff sind. Diese Hypothese Prouts, in der man zuerst das wahre Grundgesetz der Chemie erblicken wollte, ließ sich mit den späteren Ergebnissen der Analyse jedoch nicht vereinigen. Sie hat aber das Gute im Gefolge gehabt, daß sie zu immer schärferen Bestimmungen der Atomgewichte anregte. Der Mann, der sich dieser Aufgabe besonders unterzog, weil er erkannt hatte, daß über den Wert oder Unwert einer Hypothese nur die Tatsachen entscheiden können, war Berzelius.

Johann Jakob Berzelius295 wurde am 29. August des Jahres 1779 als Sohn eines Lehrers in Schweden geboren. Er studierte unter manchen Entbehrungen in Upsala Medizin und Chemie. Seine ersten Arbeiten betrafen die Analyse einer Heilquelle und die Wirkung der damals soeben entdeckten galvanischen Elektrizität auf chemische Verbindungen. Seit dem Jahre 1807 bekleidete Berzelius eine Lehrstelle für Chemie und Pharmazie an der medizinischen Schule in Stockholm. Einige Jahre später wurde er zum Präsidenten der dortigen Akademie der Wissenschaften ernannt. Berzelius296 hat wie kein anderer ausländischer Forscher die Entwicklung der Chemie in Deutschland beeinflußt. Mitscherlich, Heinrich und Gustav Rose, Magnus, Wöhler und viele andere haben in seinem Laboratorium gearbeitet und zwar zu einer Zeit, als wissenschaftliche Werkstätten in Deutschland noch kaum anzutreffen waren. Selbst in dem Laboratorium, das Berzelius eingerichtet hatte, waren die zum Forschen nötigen Hilfsmittel noch so unvollkommen und spärlich, daß man kaum begreift, wie Berzelius zu der ihm nachzurühmenden Genauigkeit seiner Ergebnisse gelangen konnte. Mit den deutschen Forschern blieb Berzelius in engster persönlicher und wissenschaftlicher Fühlung. Davon zeugen seine wiederholten Besuche in Deutschland und vor allem der ausgedehnte Briefwechsel, den er mit Wöhler unterhielt297.

Berzelius starb am 7. August des Jahres 1848. Seine Verdienste um die gesamte Chemie und um die Mineralogie sind ganz hervorragend. Sie müssen aber zum größten Teil an anderer Stelle betrachtet werden. Hier fesselt nur seine Mitarbeit an dem Ausbau der Atomtheorie, in deren experimenteller Begründung Berzelius seine wichtigste Aufgabe erblickte. »Ich überzeugte mich bald durch neue Versuche,« sagt er298, »daß Daltons Zahlen die Genauigkeit fehlte, die für die praktische Anwendung seiner Theorie erforderlich war. Ich erkannte, daß zuerst die Atomgewichte einer möglichst großen Zahl von Grundstoffen, vor allem der gewöhnlichen, mit möglichster Genauigkeit ermittelt werden müßten. Ohne eine solche Arbeit konnte auf die Morgenröte kein Tag folgen. Es war dies damals der wichtigste Gegenstand der chemischen Forschung, und ich widmete mich ihm in rastloser Arbeit. Nach zehnjährigen Mühen konnte ich im Jahre 1818 eine Tabelle herausgeben, die nach meinen Versuchen berechnete Atomgewichte und Angaben über die Zusammensetzung von etwa 2000 Verbindungen enthält.«

Einige Werte aus dieser Tabelle mögen dem Leser einen Begriff von der Genauigkeit der Berzeliusschen Untersuchungen geben299.

Es möge hier in aller Kürze gezeigt werden, wie Berzelius die Gewichtsverhältnisse und das Gesetz von den multiplen Proportionen an den drei Oxyden des Bleis nachwies. 10 g Blei wurden in reiner Salpetersäure aufgelöst300. Die Lösung wurde in einen abgewogenen Kolben gegossen und eingedampft. Der Rückstand wurde geglüht. Es entstanden 10,78 g Bleioxyd301. Es würden somit 100 Teile Blei, um sich in Bleiglätte (Bleioxyd) zu verwandeln, 7,8 Teile Sauerstoff aufnehmen. Für die Mennige ergab ein umständliches Verfahren, daß sie aus 100 Teilen Blei und 11,07 Teilen Sauerstoff zusammengesetzt ist. Durch Behandeln von Mennige mit Salpetersäure stellte Berzelius eine dritte Bleiverbindung, das braune Bleioxyd, her302. Fünf Gramm braunes Bleioxyd, das durch Auswaschen von allem anhängenden salpetersauren Blei befreit und getrocknet war, wurde in einem gewogenen Platintiegel geglüht. Es verlor dadurch 0,325 g Sauerstoff. Die rückständigen 4,675 g gelbes Oxyd hinterließen beim Auflösen in Essig schwefelsaures Blei und Kieselerde, die geglüht 0,13 g wogen. Die übrigen 4,545 g gelbes Oxyd enthielten 0,33 g Sauerstoff oder bis auf 0,005 g das nämliche, was das braune Oxyd durch Glühen verloren hatte. Es nehmen also 100 Teile Blei, um sich in braunes Oxyd zu verwandeln, doppelt so viel Sauerstoff auf, als sich im gelben Bleioxyd befindet303.

Auf die Erforschung der Gewichtsverhältnisse und der darin sich aussprechenden Gesetzmäßigkeiten wurde Berzelius, bevor er mit Daltons Theorie bekannt geworden war, schon durch das Studium der halb vergessenen Schriften des deutschen Chemikers Richter geführt. Richter hatte um 1790 die Lehre von den chemischen Proportionen durch seine an früherer Stelle304 erwähnten Untersuchungen über die Gewichtsverhältnisse, nach denen Säuren und Basen in Verbindung treten, begründet. Berzelius erkannte die Wichtigkeit dieser Arbeit und bemühte sich, durch die möglichst genaue Analyse einiger Salze die Zusammensetzung anderer Salze, die aus den ersteren hergestellt werden können, abzuleiten. Er hatte nämlich im Anschluß an Richter gezeigt, daß für alle Salze derselben Säure das Verhältnis der in der Basis und in der Säure enthaltenen Sauerstoffmengen konstant ist305.

Für die atomistische Auffassung wichtig war auch der von Berzelius geführte Nachweis, daß das schwefelsaure Eisen (FeSO₄) die Elemente Schwefel und Eisen genau in dem gleichen Verhältnis enthält, in welchem sie das Schwefeleisen (FeS) zusammensetzen.

Das wichtigste Ergebnis der Untersuchungen von Berzelius, die mit zahlreichen Verbesserungen der bestehenden Methoden, sowie mit der Erfindung mancher neuen analytischen Methode Hand in Hand gingen, war die durchgängige Bestätigung des Gesetzes von den multiplen Proportionen und der Nachweis, daß die Proutsche Hypothese sich nicht mit den Tatsachen vereinigen läßt.

Durch das in vorstehendem betrachtete Lebenswerk eines Lavoisier, Dalton und Berzelius, sowie die Bemühungen zahlreicher anderen Forscher hatte die Chemie im Verlauf von wenigen Jahrzehnten eine neue Gestalt und eine sichere Grundlage für ihre Fortentwicklung gewonnen; sie war der Physik als ebenbürtig an die Seite getreten. Auch hatten die Beziehungen zwischen diesen beiden Wissenschaften eine stete Vermehrung gefunden, insbesondere seitdem man die Elektrizität als chemisch wirksame Kraft kennen gelernt hatte. Bevor wir den weiteren Verlauf der chemisch-physikalischen Forschung betrachten, ist es deshalb erforderlich, die mit der Begründung des antiphlogistischen Systems und der Aufstellung der Atomtheorie zusammenfallende großartige Erweiterung, welche die Elektrizitätslehre durch Galvani und Volta erfuhr, ins Auge zu fassen.

12. Die Entdeckung der galvanischen Elektrizität.

Neben der seit alters bekannten Elektrizitätserregung durch Reiben hatte das 18. Jahrhundert das Auftreten von Elektrizität durch Wärmezufuhr, sowie infolge atmosphärischer Vorgänge kennen gelernt306; auch hatte man die elektrische Natur der von dem Zitterrochen ausgehenden Wirkung entdeckt. Zu diesen vier Arten gesellte sich jetzt eine fünfte, die Berührungs- oder die galvanische Elektrizität, mit der man gegen den Schluß des 18. Jahrhunderts bekannt wurde, während der Ausbau der Lehre vom Galvanismus wohl als die wichtigste Tat des 19. Jahrhunderts anzusehen ist.

Daß die bloße Berührung zweier Metalle eine eigentümliche, später als elektrisch erkannte Wirkung hervorruft, wurde zum erstenmal um das Jahr 1750 von einem Deutschen namens Sulzer307 beobachtet. Dieser brachte die Spitze seiner Zunge zwischen ein Stück Blei und ein Stück Silber, die sich mit ihren Rändern berührten. Dabei nahm er eine prickelnde, an den Geschmack des Eisenvitriols erinnernde Empfindung wahr, die Blei oder Silber für sich nicht hervorzubringen vermögen308. Es sei doch nicht wahrscheinlich, meint Sulzer, daß bei der Berührung jener beiden Metalle eine Auflösung vor sich gehe. Man müsse vielmehr schließen, daß diese Vereinigung eine zitternde Bewegung der Teilchen verursache, welche die Nerven der Zunge anrege und dadurch den erwähnten Geschmack hervorbringe.

Später wurde der Versuch in folgender Weise abgeändert. Man nahm einen Becher aus Zinn oder Zink, stellte ihn auf einen silbernen Fuß und füllte ihn mit Wasser. Wenn nun jemand die Spitze der Zunge ans Wasser brachte, fand er es völlig geschmacklos, solange er den silbernen Fuß nicht berührte. Sobald er diesen aber zwischen die benetzten Hände preßte, empfand die Zunge einen deutlichen Geschmack.

Da die Beobachtung Sulzers ganz vereinzelt blieb, ging es ihr, wie es in solchen Fällen meist zu gehen pflegt, sie wurde nicht beachtet und schließlich vergessen, bis die weitere Entwicklung der Wissenschaft ein Zurückgreifen auf jene Entdeckung erforderlich machte. Die eigentliche Erforschung der Berührungselektrizität beginnt mit der zufällig gemachten Beobachtung, daß ein frisch präparierter Froschschenkel jedesmal in Zuckungen gerät, wenn in seiner Nähe eine elektrische Entladung stattfindet. Galvani hatte jenes Verhalten des Froschschenkels um das Jahr 1780 kennen gelernt. Daß an toten Tieren Zuckungen der Muskeln unter dem unmittelbaren Einfluß von elektrischen Entladungen eintreten, war zwar längst bekannt; auch hatte man bemerkt, daß ein Zitterrochen leblose Fische zu Bewegungen veranlaßt. Was Galvanis Erstaunen hervorrief, war indes der Umstand, daß jene Zuckungen eintraten, ohne daß eine Verbindung zwischen der Elektrisiermaschine und dem Froschpräparat vorhanden war.

Galvani präparierte einen Frosch, wie es in Abb. 30 Fig. 2 dargestellt ist, und legte ihn auf einen Tisch, auf dem eine Elektrisiermaschine stand. Als darauf die eine von den Personen, die ihm zur Hand gingen, mit der Spitze eines Messers die Schenkelnerven DD des Frosches zufällig ganz leicht berührte, zogen sich alle Muskeln an den Gelenken derartig zusammen, als wären sie von heftigen Krämpfen befallen. Dies geschah, während dem Konduktor der Maschine ein Funke entlockt wurde.

Wir haben es in dieser Erscheinung noch nicht mit einer Wirkung der Berührungselektrizität zu tun, sondern mit einem sogenannten Rückschlag. Ein solcher besteht darin, daß die infolge des Ladens der Maschine in dem Schenkel stattfindende elektrische Verteilung in dem Augenblicke des Entladens eine Änderung erfährt. Die elektrische Verteilung, sowie ihr Ausgleich tritt bei größerer Entfernung von dem Konduktor der Elektrisiermaschine nur dann in hinreichendem Maße ein, wenn der Schenkel mit der Erde in leitender Verbindung steht, was bei dem Versuch Galvanis durch eine anfangs zufällige, nachher jedoch absichtlich herbeigeführte Berührung des Schenkels mit einem leitenden Gegenstand bewirkt wurde (s. Abbildung 30). Das Erstaunen, in das Galvani über seine Beobachtung geriet, ist der erste Schritt zu einer fast endlosen Reihe der wichtigsten Entdeckungen gewesen. »Ich wurde«, sagt er, »von einem unglaublichen Eifer entflammt, dasjenige ans Licht zu ziehen, was hinter dieser Erscheinung verborgen war309.« Bevor wir jedoch Galvani auf seinem Wege folgen, wollen wir uns einige Augenblicke mit dem Leben dieses Mannes beschäftigen, dessen Glück und Verdienst der Wissenschaft ein neues, großes Gebiet erschließen sollte.

Aloisio Galvani wurde am 9. September 1737 in Bologna geboren. Er studierte an der Universität seiner Vaterstadt Medizin und heiratete die Tochter eines der dortigen Professoren, der legendenhafte Berichte einen hervorragenden, wenn nicht gar den Hauptanteil an der Entdeckung des Galvanismus zugeschrieben haben310. Die ersten wissenschaftlichen Arbeiten Galvanis betrafen das Gebiet der Anatomie. Seit dem Jahre 1775 sehen wir ihn in Bologna eine Professur für dieses Fach bekleiden. Seine Versuche über die Wirkung der Elektrizität auf Froschschenkel begannen im Jahre 1780. Galvani führte darüber zunächst nur ein Tagebuch. Erst ein Jahrzehnt später vereinigte er die Ergebnisse seiner Untersuchungen zu einer Abhandlung über die Wirkung der Elektrizität auf die Muskelbewegung311.

Nachdem Galvani die Wirkung des Entladens auf einen in der Nähe der Elektrisiermaschine befindlichen Froschschenkel nachgewiesen, suchte er festzustellen, ob sich das gleiche, ihm zunächst ganz unerklärliche Phänomen auch durch den Einfluß der atmosphärischen Elektrizität hervorrufen lasse. Die hierauf bezüglichen Versuche sind im zweiten Teile jener Abhandlung vom Jahre 1791 beschrieben. Die präparierten Frösche, sowie Schenkel von Warmblütern wurden bei einem Gewitter an den Nerven aufgehängt, während ein Eisendraht die Füße mit der Erde verband. Die erwartete Wirkung blieb nicht aus. In demselben Augenblick, in welchem der Schein eines Blitzes das Auge traf, gerieten die Muskeln in lebhafte Zuckungen.

»Nachdem wir die Kräfte der Gewitterelektrizität kennen gelernt hatten, brannte unser Herz vor Begierde, auch die Macht der täglichen ruhigen Elektrizität der Atmosphäre zu erforschen.« Mit diesen Worten beginnt Galvani den dritten Teil seiner Schrift, in dem wir mit den Erscheinungen der nach ihm benannten, ganz neuen Art der Elektrizitätserregung vertraut gemacht werden.

Da Galvani bemerkt hatte, daß präparierte Frösche, die an einem Eisengitter an Messinghaken aufgehängt waren, nicht nur beim Gewitter, sondern auch bei heiterem Himmel gelegentlich in Zuckungen verfielen, so meinte er, die Ursache dieser Zuckungen sei in Veränderungen der atmosphärischen Elektrizität zu suchen. Deshalb beobachtete er zu verschiedenen Stunden des Tages passend hergerichtete Tiere. Aber nur selten trat eine Bewegung in den Muskeln ein. Schließlich drückte er, des Wartens müde, die Haken, die in dem Rückenmark befestigt waren, gegen das eiserne Gitter. Dabei beobachtete er häufig Zuckungen, die er zunächst der atmosphärischen Elektrizität zuzuschreiben geneigt war.

Als er das Tier in das geschlossene Zimmer gebracht, auf eine Eisenplatte gelegt und den im Rückenmark befindlichen Messinghaken gegen die Eisenplatte zu gedrückt hatte, bemerkte er die gleichen Zuckungen.

Jetzt erkannte er, daß es sich hier um ein ganz neues, unerwartetes Phänomen handelt, das mit den Änderungen der atmosphärischen Elektrizität in gar keinem Zusammenhange steht. Galvani änderte darauf den Versuch in der Weise ab, daß er den Frosch auf eine die Elektrizität nicht leitende Glasplatte legte und den Messinghaken mit den Füßen des Tieres verband. Bestand die Verbindung aus einem Metall, so traten Zuckungen ein, während sie bei Anwendung einer nicht leitenden Substanz ausblieben. Mit den von Galvani ersonnenen Abänderungen dieses Fundamentalversuches macht uns die dritte Figur seiner Abhandlung (Abb. 31) bekannt.

Von besonderem Interesse ist das elektrische Froschpendel, das Galvani in der Figur 11 (s. S. 194) abbildet und folgendermaßen beschreibt: »Der Frosch wird an einem Beine in die Höhe gehalten, so daß der in dem Rückenmark befestigte Haken eine Silberplatte berührt, das andere Bein aber frei auf der Platte gleiten kann. Sowie dies Bein die Platte berührt, werden die Muskeln zusammengezogen, wodurch sich das Bein hebt. Bald aber erschlaffen die Muskeln von selbst, das Bein sinkt und kommt wieder mit der Platte in Berührung. Infolgedessen wird es wieder hochgehoben und fährt so fort, sich zu heben und zu senken, so daß es einem elektrischen Pendel gleicht.« Die Platte dient dabei gewissermaßen als Bogen, der den Kreislauf der Elektrizität ermöglicht, wenn das Bein auf die Platte niederfällt, für den Kreislauf aber nicht mehr vorhanden ist, wenn das Bein sich von der Platte entfernt hat.

Für die merkwürdige Erscheinung selbst gab es nur zwei Erklärungen. Entweder war sie in dem Wesen des tierischen Organismus begründet, oder es handelte sich um einen auf die Berührung der Metalle zurückzuführenden elektrischen Vorgang, bei dem der Froschschenkel nur die Rolle eines empfindlichen Elektroskopes spielt. Galvani entschied sich für die erstere Ansicht, indem er die beschriebenen Erscheinungen als Betätigungen einer tierischen Elektrizität auffaßte. Diese sollte vom Gehirn aus durch die Nerven dem Muskel zufließen. Letzteren verglich er mit der Leydener Flasche, indem er sich vorstellte, daß die Oberfläche und das Innere eines Muskels entgegengesetzt geladen seien. Brachte man demgemäß den Nerven, als den Konduktor dieser Flasche, mit der Oberfläche eines Muskels, die dem äußeren Belag entsprechen sollte, in leitende Verbindung, so fand eine Entladung statt, als deren Folge die Zusammenziehung der Muskelsubstanz aufgefaßt wurde.