Natürlich erregten Galvanis Versuche und seine Lehre, die zunächst allgemeine Anerkennung fand, das größte Aufsehen. »Der Sturm, den das Erscheinen von Galvanis Abhandlung in der Welt der Physiker, der Physiologen und Ärzte erregte«, sagt ein hervorragender Geschichtsschreiber des Galvanismus312, »kann nur mit demjenigen verglichen werden, der zur selben Zeit am politischen Horizont Europas heraufzog. Wo es Frösche gab und wo sich zwei Stücke ungleichartigen Metalls erschwingen ließen, wollte jedermann sich von der wunderbaren Wiederbelebung der verstümmelten Gliedmaßen durch den Augenschein überzeugen.«

Galvanis wissenschaftliche Tätigkeit hatte mit dem Erscheinen seiner »Abhandlung über die Kräfte der Elektrizität« ihren Höhepunkt erreicht. Die Führung auf dem neu erschlossenen Gebiete übernahm jetzt Alessandro Volta, während sich Galvani darauf beschränkte, seine Theorie gegen die ihr von Volta bereiteten Angriffe zu verteidigen. Die letzten Lebensjahre verbrachte Galvani in einem Zustande tiefster Niedergeschlagenheit, den der Tod der Gattin und die Amtsentsetzung herbeigeführt hatten. Letztere erfolgte, weil Galvani sich weigerte, den bei der Gründung der cisalpinischen Republik von ihm geforderten, seiner Überzeugung zuwiderlaufenden Eid zu leisten. Er starb am 4. Dezember 1798. Die Erfindung der Voltaschen Säule, welche den gänzlichen Untergang der älteren Theorie herbeiführte, sollte er nicht mehr erleben.

Alessandro Volta wurde am 18. Februar 1745 zu Como geboren. Fast 30 Jahre alt, wurde er Professor der Physik an dem Gymnasium seiner Vaterstadt. In derselben Eigenschaft berief man ihn fünf Jahre später an die Universität Padua, wo er bis zum Jahre 1819 wirkte. Die letzte Zeit seines Lebens verbrachte Volta in der Zurückgezogenheit; er starb am 5. März des Jahres 1827 in Como.

Als Galvanis berühmte Abhandlung erschien, hatte Volta, der während der ersten Zeit seiner wissenschaftlichen Laufbahn mit Vorliebe das Verhalten der Gase untersuchte, sich schon hervorragende Verdienste um die Elektrizitätslehre erworben. In dem Kondensator, den er mit dem Strohhalmelektrometer verband, hatte er ein Mittel zum Nachweis geringer Elektrizitätsmengen ersonnen313, das bei der späteren Untersuchung der kontaktelektrischen Phänomene von größtem Werte sein sollte. Die Royal Society hatte ihn dafür zu ihrem Mitgliede ernannt und ihn durch die Verleihung einer Medaille ausgezeichnet.

Über sein Elektrometer macht Volta folgende Angaben. Es sei von großer Bedeutung, daß man die früheren Elektrometer ändere und an Stelle der feinen Metalldrähte zwei sehr feine und trockene Strohhalme von etwa 2 Zoll Länge anwende, die man mittelst kleiner Ringe sehr beweglich aufhängen müsse. Diese Halme müßten sich im unelektrischen Zustande ihrer ganzen Länge nach berühren.

Anfangs war auch Volta von der Richtigkeit der Ansichten Galvanis überzeugt. Die Zuckungen, meinte er, müßten von dem Mißverhältnis herrühren, das zwischen der Elektrizität des Muskels und jener des Nerven bestehe. Die metallische Verbindung habe nur die Aufgabe, das Gleichgewicht wiederherzustellen. Einige Jahre später erkannte er jedoch, daß von einem Vergleich des Muskels mit der Leydener Flasche nicht die Rede sein könne. Der Froschschenkel geriet nämlich auch in Zuckungen, wenn ein elektrischer Ausgleich lediglich durch den Nerven hindurch erfolgte und die Muskeln gänzlich außerhalb des leitenden Kreises blieben. Ähnlich wie bei dem von Sulzer herrührenden Versuch314 gelang es Volta, durch Anlegen von zwei verschiedenartigen Metallstücken an Mund und Auge nicht nur eine Geschmackserregung, sondern auch Lichtempfindung hervorzurufen.

Diesen fundamentalen Versuch, der bewies, daß der Einfluß einer elektrischen Entladung nicht nur Zuckungen, sondern auch eine Erregung der Empfindungsnerven hervorrufen kann, stellte Volta folgendermaßen an. Ein breites Stück Zinnfolie wurde auf die Zungenspitze gelegt. Auf den Rücken der Zunge wurde eine Silbermünze gebracht. Beide Metalle brachte Volta vermittelst eines Kupferdrahtes in Verbindung. Er empfand dann einen stark sauren Geschmack. Wenn der Kupferdraht vermieden wurde und nur Silber und Zinn zur Anwendung kamen, war das Ergebnis dasselbe. Volta erzielte dies315, indem er keine Münze, sondern einen silbernen Löffel nahm, diesen auf den Rücken der Zunge legte und mit dem Stiel das Stanniolblatt, das auf der Zungenspitze lag, berührte.

Daß sich eine Lichtempfindung durch galvanische Elektrizität hervorrufen läßt, wies Volta nach, indem er den Schließungsbogen aus verschiedenen Metallen mit der Stirn und dem Gaumen in Berührung brachte. Das Auge empfand dann im Augenblicke der Berührung einen hellen Schein.

Auf diese Weise gewann in Volta die Vorstellung immer mehr an Raum, daß man es in den Metallen nicht mit bloßen Leitern, sondern mit den eigentlichen Erregern der Elektrizität zu tun habe. Im Anschluß an die Schilderung der soeben erwähnten physiologischen Versuche gelangte Volta daher um 1792 zu einer Änderung seiner ursprünglichen Ansichten316. Es sei klar, meinte er, daß bei diesen Versuchen die Nerven nur erregt würden und daß die Ursache des elektrischen Stromes, der diese Erregung veranlasse, in den Metallen selbst zu suchen sei. »Sie sind«, sagt er, »im eigentlichen Sinne die Erreger der Elektrizität, während die Nerven selbst passiv sind.« Zur selben Zeit machte Volta die wichtige Entdeckung, daß die Kohle bei galvanischen Versuchen an Stelle eines Metalles gebraucht werden kann. »Ich habe«, sagte er317, »gefunden, daß Holzkohle, die schon früher als ein guter Leiter bekannt war, wenig oder gar nicht den Metallen nachsteht und sich auch darin wie diese verhält, daß sie ein Erreger der Elektrizität ist.«

In einer Schrift vom Jahre 1794 bekennt sich Volta offen als Gegner der Lehre von der tierischen Elektrizität. Er braucht für die hierher gehörigen Erscheinungen fortan das Wort metallische Elektrizität. Die ganze Wirkung rühre von den Metallen her, die irgend einen feuchten Körper berühren. Die Elektrizität werde dadurch in einen Kreislauf gebracht. Gehe der Strom durch Nerven, die noch einen Rest von Leben besäßen, so würden die den Nerven gehorchenden Muskeln dadurch in Zuckungen versetzt. Diese Bewegungen und die beschriebenen Geschmacks- und Lichtempfindungen fand Volta bei seinem unausgesetzten, mühevollen Forschen je nach der Natur der angewandten Metalle sehr verschieden. Die Wirkungen waren um so lebhafter, je weiter die Metalle in folgender, von Volta 1799 aufgestellten Reihe318 voneinander abstehen:

• Zink,
• Zinn,
• Blei,
• Eisen,
• Kupfer,
• Platin,
• Gold,
• Silber,
• Graphit,
• Holzkohle.

Diese erste Spannungsreihe wurde bald darauf um zahlreiche Glieder vermehrt, indem auch Mineralien, wie Schwefelkies, Bleiglanz, Kupferkies, in sie eingefügt wurden.

Volta suchte darauf der Mitwirkung von Nerv und Muskel gänzlich zu entraten. Er brachte die Metalle mit allen möglichen feuchten Stoffen, wie Papier, Tuch usw. in Berührung. Um den hierbei eintretenden elektrischen Ausgleich, der sich bisher in den Zuckungen der Muskeln geltend gemacht hatte, unzweifelhaft darzutun, bediente er sich eines Kondensators, mit dem sich die geringsten Elektrizitätsmengen nachweisen ließen.

Auf die Konstruktion des als elektrischer Ansammlungsapparat dienenden Kondensators war Volta durch fortgesetzte Untersuchungen am Elektrophor gekommen. Schon in seiner ersten Schrift vom Jahre 1769 befaßte er sich mit der elektrischen Anziehung. In einer Abhandlung vom Jahre 1771 beschreibt er unter dem Namen elettroforo perpetuo den Apparat, der auch heute noch in derselben Ausführung als Elektrophor bekannt ist. Er besteht aus einer Metallschale, aus dem Kuchen, d. i. eine Scheibe von nichtleitender Substanz (Harz, Pech) und aus einer an isolierenden seidenen Schnüren befestigten Metallplatte (Abb. 33). Um den Kuchen zu erhalten, schmolz Volta drei Teile Terpentin, zwei Teile Harz und einen Teil Wachs zusammen. Wie die Elektrisiermaschinen, so erreichten auch die Elektrophore im 18. Jahrhundert riesige Ausmaße (bis zu 7 Fuß Durchmesser). Die Wirkungsweise des Elektrophors besteht darin, daß die dem Kuchen mitgeteilte Elektrizität durch Influenz auf den Deckel wirkt und daß die abgestoßene Elektrizität des letzteren durch kurze Berührung entfernt wird. In seiner Wirkungsweise stimmt, wie Wilke dargetan319, somit das Elektrophor mit der Franklinschen Tafel überein320.

Ausgehend vom Elektrophor gelangte Volta im Jahre 1782 zur Konstruktion des von ihm als Kondensator bezeichneten Ansammlungsapparats. Der Kondensator ist im Grunde genommen ein Elektrophor mit äußerst dünner Harzschicht an Stelle des bislang gebrauchten dicken Harzkuchens. Wurde auf diese dünne Harzschicht ein Deckel gelegt und dieser dann mit einer sehr schwachen Elektrizitätsquelle, z. B. einer schon entladenen Flasche in Berührung gebracht, an welcher durch andere Mittel keine Elektrizität mehr nachgewiesen werden konnte, so war der Deckel nach dem Abheben deutlich elektrisch geworden. Aus diesem Grunde bezeichnete Volta den neuen Apparat als Kondensator. Es war von Wichtigkeit, die Harzschicht vor Beginn jedes Versuches wieder vollständig zu entladen. Bei der Lösung dieser Aufgabe entdeckte schon Volta eine wichtige Beziehung zwischen der Elektrizität und dem Lichte. Er fand nämlich, daß die Entladung sich rasch und vollständig bewirken ließ, wenn er die Harzschicht in die Sonne stellte321.

Aus den Bemühungen Voltas ging der Kondensator schließlich in der Form hervor, wie er noch heute gebraucht wird. Es wurden nämlich zwei gleiche Metallplatten, von denen die eine direkt mit dem Elektroskop verbunden ist, mit einer möglichst gleichmäßigen, dünnen Firnisschicht überzogen (Abb. 32). Die Wirkung dieses Apparates ergibt sich aus den von Aepinus und Wilke entdeckten Influenzgesetzen. Der oberen Platte wird z. B. positive Elektrizität mitgeteilt. Legt man sie dann auf die untere Platte, von welcher sie durch die doppelte Firnisschicht getrennt ist, so wird sich auf dem der oberen Platte zugewandten Teile der unteren Platte negative, auf dem abgewandten positive Elektrizität befinden. Letztere wird abgeleitet. Hebt man dann die obere, auch wohl Kollektor genannte Platte ab, so breitet sich die negative Elektrizität über die ganze untere Scheibe, die Kondensatorscheibe, aus. Durch häufigere Wiederholung dieses Verfahrens läßt sich die Ansammlung der negativen Elektrizität auf der unteren Platte und die Wirkung auf das mit dieser Platte verbundene Elektroskop erheblich steigern.

Erst diese Vorversuche setzten Volta in den Stand, seinen berühmten Fundamentalversuch der Kontaktelektrizität anzustellen. Letzterer bestand darin, daß man das Auftreten entgegengesetzter Elektrizitäten durch die bloße Berührung zweier Metalle bewirkte, ohne dazu einer feuchten Zwischensubstanz, sei letztere animalisch oder nicht, zu bedürfen. Volta beschreibt diesen Versuch, zu dem er nichts weiter benötigte als Platten von verschiedenen Metallen mit isolierenden Handhaben, einen Kondensator und ein Elektrometer mit Streifen vom feinsten Blattgold, mit folgenden Worten322: »Bringt man die miteinander in Berührung gewesenen Platten an das sehr empfindliche Elektrometer, so werden die Goldblättchen etwas auseinandergehen und dadurch einige Elektrizität anzeigen, die positiv oder negativ sein wird, je nach der Natur des Metalles, das man untersucht, und des anderen, mit dem dieses vorher in Berührung stand.« Nahm Volta z. B. eine Zink- und eine Kupferscheibe, so erwies sich nach der Berührung erstere als positiv, letztere als negativ elektrisch. Brachte man das Kupfer mit Zinn oder Eisen zusammen, so wurde es gleichfalls, indes in weit geringerem Maße, negativ elektrisch, während das Zinn und das Eisen sich wie das Zink in dem ersten Versuch verhielten. Wurden endlich Gold oder Silber mit Kupfer berührt, so wurde das letztere diesmal positiv, Gold und Silber dagegen wurden negativ elektrisch.

Volta beschreibt seinen Fundamentalversuch in einem Brief vom Jahre 1797323. Eine solch beträchtliche Elektrizität durch einfache Berührung verschiedener Metalle zu erhalten, fügt Volta hinzu, sei gewiß etwas Bewundernswürdiges und alle Sachverständigen, denen er seinen Versuch gezeigt habe, seien erstaunt darüber.

Welcher Art die Elektrizität der verschiedenen Metalle nach der Berührung ist, findet Volta, indem er dem Elektrometer, dem er die Elektrizität mitgeteilt hat, eine geriebene Glas- und eine geriebene Harzstange nähert und darauf achtet, ob die Divergenz der Goldblättchen zu- oder abnimmt. Wurden z. B. Zink und Kupfer in Berührung gebracht, so war nach der Trennung das Zink positiv, denn bei Annäherung der positiven Glasstange nahm die Divergenz des Pendel zu, während sie sich bei Annäherung der mit negativer Elektrizität geladenen Harzstange verminderte.

Indem Volta auf solche Weise seinen Fundamentalversuch vielfach abänderte, gelangte er zur Aufstellung der folgenden elektrischen Spannungsreihe:

• +
• Zink
• Blei
• Zinn
• Eisen
• Kupfer
• Silber
• Gold
• Graphit
• -

Diese Reihe enthält Graphit und die bekanntesten Metalle in einer solchen Anordnung, daß jedes vorhergehende Glied, mit einem der nachfolgenden in Berührung gebracht, positiv elektrisch wird, während das spätere Glied stets den negativ elektrischen Zustand annimmt. Dabei stellte sich beim Messen mit dem Strohhalmelektrometer heraus, daß der elektrische Unterschied zwischen je zwei Gliedern dieser Reihe um so größer ist, je weiter die Glieder voneinander entfernt sind. So ergaben sich324 für die ersten vier Glieder der Reihe folgende Differenzen:

Für Zink | Eisen erhielt man den Wert 9 (= 5 + 1 + 3). Damit war das Gesetz gefunden, daß der elektrische Unterschied für zwei Glieder der Spannungsreihe gleich der Summe der Unterschiede aller dazwischen liegenden Glieder ist, so daß in einer geschlossenen Kette von Metallen, in der z. B. Zink mit Blei, dieses mit Zinn, dieses mit Eisen und das letztere wieder mit Zink verbunden wird, die elektrischen Unterschiede sich ausgleichen und die Spannung infolgedessen Null ist.

Volta hatte auf Grund dieser Versuche angenommen, daß die erregende Kraft ausschließlich an der Berührungsstelle der Metalle ihren Sitz habe und die animalischen oder andere Feuchtigkeiten nur als Leiter dienen. Weitere Versuche belehrten ihn jedoch, daß auch bei der Berührung zwischen Metall und Flüssigkeit eine erregende oder elektromotorische Kraft auftritt. Isolierte Platten von Silber, Zinn, Zink usw. wurden mit feuchtem Holz, Papier oder feuchten Ziegeln in Berührung gebracht. Nach dem Abheben erwiesen sich die Metallplatten als negativ elektrisch. Die Metalle wurden Elektromotoren erster, die Flüssigkeiten, die sich nicht in die Spannungsreihe eingliedern lassen, Elektromotoren oder Leiter zweiter Klasse genannt.

»Die Berührung verschiedener Leiter«, sagt Volta in einem Schreiben vom Jahre 1796325, »die ich trockne Leiter oder Leiter der ersten Klasse nenne, mit feuchten oder Leitern der zweiten Klasse erregt das elektrische Fluidum und gibt ihm einen gewissen Antrieb. Fragen Sie noch nicht, wie dies geschieht; es ist vorläufig genug, daß es geschieht und daß es sich um ein allgemeines Verhalten handelt.«

Volta zeigte, daß in einem nur aus Elektromotoren erster Klasse bestehenden Kreise keine Bewegung der Elektrizitäten, kein Strom entsteht. Er zeigte ferner, daß ein solcher hervorgerufen wird, wenn zwei Elektromotoren erster Klasse mit einem feuchten Leiter der zweiten Klasse und unter sich, entweder unmittelbar oder vermittelst eines dritten Leiters, in Verbindung stehen und auf diese Weise einen Kreis von Leitern bilden. Eine derartige Vereinigung wurde ein galvanisches Element genannt. Die Wirkung des letzteren vervielfältigte Volta, indem er eine größere Anzahl solcher Elemente zu seiner Säule verband.

Den ersten Bericht über diese, an Wichtigkeit von keiner anderen übertroffene Erfindung erstattete Volta im Jahre 1800326. Er teilte darin mit, daß es ihm im Verfolg seiner Versuche über die Erzeugung von Elektrizität durch bloße Berührung gelungen sei, einen neuen Apparat herzurichten. Dieser habe in sehr schwachem Maße die Wirkung der Leydener Flasche, andererseits übertreffe er die letztere darin, daß er nicht vorher mit fremder Elektrizität geladen werden müsse, sondern jedesmal wirke, wenn man ihn in geeigneter Weise berühre. Der Apparat besitze seiner Wirkung und auch seiner Einrichtung nach eine gewisse Ähnlichkeit mit dem elektrischen Organ des Zitterrochens. Abb. 34 zeigt die erste Säule Voltas. Ihre Herstellung wird mit folgenden Worten beschrieben327: »Dreißig, vierzig, sechzig oder mehr Stücke Silber, von denen jedes auf ein Stück Zink gelegt wird, und die gleiche Anzahl mit Salzwasser oder Lauge getränkter Tuchstücke, diese Stücke zwischen jede Verbindung der beiden Metalle geschaltet, eine derartige Folge der drei Leiter in stets gleicher Anordnung: das ist alles, woraus der neue Apparat besteht.« Außer der leichten Erschütterung, die man erhielt, wenn man die oberste Platte berührte und die andere Hand in das Gefäß b tauchte und so den Stromkreis schloß, ließ sich auch eine Wirkung dieses Apparates auf die Geschmacks-, Gesichts- und die Gehörnerven nachweisen.

Bei einer größeren Zahl von Platten war Volta gezwungen, entweder die Säule mit Stützen zu umgeben oder sie, wie es Abb. 35 zeigt, in mehrere Teile zu zerlegen. Eine Säule besaß nämlich die Unvollkommenheit, daß die Metallstücke durch ihr Gewicht die Tuchscheiben auspreßten, so daß die darin enthaltene Flüssigkeit schließlich die ganze Säule überzog und unwirksam machte. Volta war daher auf eine Anordnung bedacht, welche diesen Übelstand vermeidet: Er stellte eine Reihe von Bechern auf, die aus einem nichtmetallischen Stoff wie Holz, Ton oder Glas bestanden. Diese Becher füllte er zur Hälfte mit Salzwasser oder Lauge. Dann setzte er sie sämtlich in Verbindung, so daß sie eine Art Kette bildeten. Dies geschah vermittelst einer gleichen Zahl metallischer Bögen. Der Teil A, der in einen der Becher tauchte, war aus Kupfer oder aus versilbertem Kupfer hergestellt, während der andere Teil Z, der in den folgenden Becher tauchte, aus Zinn oder aus Zink bestand. Die beiden Metalle wurden an irgend einer Stelle oberhalb des Teiles, der in die Flüssigkeit tauchte, zusammengelötet. Damit die letztere mit einer hinreichend großen Fläche der Metalle in Berührung kam, gab Volta den Metallen die Form von Platten.

»Eine Folge von 30, 40 oder 60 dieser auf solche Weise verbundenen Becher,« sagt Volta, »die entweder in einer geraden Linie oder in einer beliebigen Kurve angeordnet sein können: das ist alles, woraus dieser neue Apparat besteht. Im Prinzip und in Anbetracht der ihn bildenden Substanzen stimmt er mit dem oben beschriebenen Säulenapparat überein.«

Um eine Erschütterung zu erhalten, genügte es, die eine Hand in einen der Becher und einen Finger der anderen Hand in einen zweiten Becher zu tauchen. Die Erschütterung war um so stärker, je weiter die beiden Becher von einander entfernt waren. Volta erhielt folglich den stärksten Schlag, wenn er das erste und das letzte Glied der Kette berührte.

Die Wirkungen, die ein aus 40 oder 50 Plattenpaaren hergestellter Apparat hervorrief, beschränkten sich nicht auf Erschütterungen. Der Apparat erregte auch die Organe des Geschmacks-, des Gesichts-, des Gehör- und des eigentlichen Gefühlssinnes und rief in ihnen die einem jeden entsprechenden Empfindungen hervor, eine Tatsache, die für die Physiologie der Sinnesorgane von der größten Bedeutung war und später Johannes Müller zur Aufstellung seiner Lehre von den spezifischen Energien dieser Organe geführt hat.

Die Wirkungen auf die Haut schildert Volta mit folgenden Worten: »Ich fühle in dem Augenblicke, in welchem der leitende Kreis geschlossen wird, an der berührten Stelle der Haut und ein wenig darüber hinaus einen Schlag und einen Stich, die schnell vorübergehen und sich so oft wiederholen, wie man den Kreis öffnet und schließt. Wenn dieser Wechsel häufig stattfindet, so ruft er ein sehr unangenehmes Prickeln und Stechen hervor. Bleibt jedoch die Verbindung bestehen, so fühlt man einige Augenblicke nichts mehr; darauf entsteht aber in dem von dem Drahtende berührten Körperteil eine andere Empfindung, nämlich ein scharfer, ohne Erschütterung auftretender Schmerz, der sich auf die berührte Stelle beschränkt, ein Brennen, das nicht nur andauert, sondern immer stärker und schließlich unerträglich wird und das erst aufhört, wenn man den Kreis unterbricht. Welch ein augenscheinlicher Beweis dafür, daß der elektrische Strom andauert, solange die leitenden Substanzen in Verbindung stehen, und daß erst, wenn wir diese Verbindung aufheben, der Strom unterbrochen wird. Daß das elektrische Fluidum unaufhörlich kreist, kann paradox erscheinen und unerklärlich sein. Nichtsdestoweniger ist es tatsächlich so; es läßt sich sozusagen mit den Händen greifen.«

Die Erfindung der Voltaschen Säule erregte nicht nur in England, sondern auch in Frankreich das größte Aufsehen. Auf Veranlassung des ersten Konsuls erschien Volta in Paris, wo er im November des Jahres 1801 einen Vortrag hielt. Die hervorragendsten französischen Gelehrten bildeten darauf einen Ausschuß, der Bericht erstatten mußte328. Napoleon ließ für Volta eine goldene Medaille prägen und stiftete einen Ehrenpreis für die besten Arbeiten auf dem Gebiete der galvanischen Elektrizität.

Daß die beiden Pole der Säule eine anziehende Wirkung ausüben, bewies der Deutsche Ritter auf folgende Weise. Er verband die Pole der Säule mit zwei Drähten. An den Drahtenden befestigte er Goldplattstreifen und näherte sie einander. Die Streifen zogen sich darauf gegenseitig an, bis sie sich schließlich berührten und so die Kette schlossen329.

Bevor wir uns mit den chemischen, thermischen und dynamischen Wirkungen der von Galvani und Volta entdeckten Naturkraft näher befassen, wollen wir die weitere Entwicklung der galvanischen Ketten, für welche Voltas Apparat das Vorbild gewesen ist, verfolgen.

Von Verbesserungen und Entdeckungen, die bald nach ihrer Erfindung an der Voltaschen Säule in rascher Folge gemacht wurden, sind vor allem folgende erwähnenswert. Um die Berührung der Metallplatten vollständiger zu machen, lötete man sie zusammen330. Daß die physiologische Wirkung der Säule proportional der Anzahl der Platten sei, hatte schon Volta nachgewiesen; Nicholson fand dies auch für die chemische Wirkung bestätigt. Es lag nahe, den Einfluß des Durchmessers der Platten auf die Art der Wirkung zu untersuchen. Das Ergebnis war, daß eine Vergrößerung des Plattendurchmessers die Funken intensiver machte. Eine Säule von fünf großen Platten gab stärkere Funken als eine solche von 80 kleinen, dagegen war die physiologische Wirkung der fünf Platten sehr gering331. Der Zusammenhang der thermischen Wirkung des galvanischen Stromes mit der Zahl und Größe der Platten wurde eingehend im Jahre 1805 untersucht332. Man fand, daß große Platten leichter Drähte zum Erglühen bringen. Während z. B. eine Säule von 400 Plattenpaaren von 4 Zoll Durchmesser nur einen Eisendraht von 2 Zoll Länge zum Erglühen brachte, war eine zweite Säule von nur 100 Paaren, die aber einen Durchmesser von 8 Zoll besaßen, imstande, ein 32 Zoll langes Stück desselben Eisendrahtes glühend zu machen. Unter einen gemeinsamen Gesichtspunkt gebracht wurden diese Erscheinungen erst weit später durch das Gesetz von Ohm über den Zusammenhang der Stromstärke mit der elektromotorischen Kraft und dem Widerstande.

Einen Vorläufer besaß Ohm in Ritter333, der schon 1805 zu dem Ergebnis gelangte, daß »der Effekt der Säule bei gleicher Spannung von der Summe der Leitung in der Säule und dem schließenden Bogen abhänge«334. Bezeichnen wir die Spannung (elektromotorische Kraft) mit E, den Effekt (Intensität) mit i und den inneren und äußeren Leitungswiderstand mit W und w, so drückt das Ohmsche Gesetz die Beziehung zwischen den genannten Größen durch die Formel i = E/(W+w) aus, und diese Beziehung finden wir in dem von Ritter ausgesprochenen Satze angedeutet.

Nachdem Volta seinen Fundamentalversuch angestellt hatte, lag der Gedanke nahe, eine galvanische Säule ohne Flüssigkeit zu konstruieren und dadurch der Kontaktheorie gegenüber der chemischen Erklärungsweise eine größere Stütze zu verleihen. Dieser Gedanke führte Behrens zur Konstruktion des Säulenelektroskops und Zamboni zur Herstellung der Trockensäule.

Behrens brachte ein isoliert aufgehängtes Goldblättchen zwischen die entgegengesetzten Pole zweier aus Goldpapier und Stanniol aufgeschichteten gleichen Säulen. Da die anziehenden Kräfte gleich stark waren, befand sich das isolierte Goldblättchen zunächst in senkrechter Lage. Wurde dem Knopfe, an welchem das Goldblättchen hing, ein elektrisierter Körper genähert, so wurde es entweder vom positiven Pole der einen oder vom negativen Pole der anderen Säule angezogen, je nachdem der genäherte Körper positiv oder negativ war335.

Zweckmäßiger ist die Einrichtung, die später Rieß336 dem Säulenelektroskop gegeben hat. Rieß benutzte nur eine aus Gold- und Silberpapier geschichtete Säule, deren Pole mit zwei einander gegenüberstehenden Metallplatten in Verbindung stehen. Die Elektrizitäten dieser Platten (Abb. 37) sind gleich stark. Zwischen den Platten hängt das isolierte Goldblättchen. Wird diesem nur die geringste Spur Elektrizität mitgeteilt, so wird es sich nach der einen oder der anderen Platte bewegen und dadurch nicht nur die Elektrizität selbst, sondern auch ihre Art anzeigen.

Unabhängig von Behrens, dessen Erfindung zunächst wenig Beachtung fand, konstruierte der Italiener Zamboni Trockensäulen aus Gold- und Silberpapierscheiben, die er tausendfach übereinander aufschichtete. Sie gaben ihm Funken von einem halben Zoll Länge337. Zamboni suchte mit Hilfe seiner Säule eine Art Perpetuum mobile herzustellen. Hatte Behrens zwischen zwei Trockensäulen einen Goldblattstreifen aufgehängt, so brachte Zamboni zwischen den entgegengesetzten Polen DD seiner Säulen (s. Abb. 38) eine Magnetnadel ccc an. Das obere Ende dieser Nadel wurde von DD abwechselnd angezogen und wieder abgestoßen, so daß die Nadel fortwährend hin und her pendelte.

Die Erfindung der Trockensäulen schien zunächst den Sieg der Kontakttheorie zu bedeuten, bis 1807 durch Erman gezeigt wurde, daß die Trockensäule ihre Wirkung einbüßt, wenn sie in völlig trockene Luft gebracht wird, so daß das hygroskopische Papier seine Feuchtigkeit verliert. Brachte man die Säule aus dem Chlorkalziumtrockenapparat, dessen sich Erman338 bediente, wieder in gewöhnliche Luft, so wurde sie wieder wirksam.

Kehren wir zur eigentlichen galvanischen Säule zurück. Schon das Jahr 1802 brachte eine weitere grundlegende Entdeckung. Jemand brachte die Platindrähte eines Wasserzersetzungsapparats, nachdem durch letzteren eine Zeitlang der Strom geschickt war, an die Zunge. Der Apparat wirkte jetzt wie ein galvanisches Element, da sich die bekannte Geschmacksempfindung einstellte. Man hatte die Polarisation und den durch sie hervorgerufenen Polarisationsstrom entdeckt339.

Eine der soeben erwähnten ganz analoge Beobachtung machte der schon wiederholt genannte Ritter. Er hatte eine Säule ausschließlich aus Silber und angefeuchteten Tuchscheiben ohne Zuhilfenahme eines zweiten Metalles zusammengesetzt. Diese Säule gab natürlich zunächst keinen Strom. Nachdem er sie aber einige Zeit der Wirkung einer Voltaschen Säule ausgesetzt und die Verbindung darauf gelöst hatte, gab die vorerwähnte nur ein Metall enthaltende »Ladungssäule« einen Strom. Ritter glaubte zuerst eine neue Art von Kondensator erfunden zu haben, bis Volta340 nachwies, daß man es hier nicht mit einer bloßen Ansammlung von Elektrizität, sondern mit einer chemischen Zersetzung des Wassers zu tun habe. Infolgedessen überziehe sich jede Silberplatte mit einer Wasserstoffschicht auf der dem positiven Pole zugekehrten und mit einer Sauerstoffschicht auf der dem negativen Pole zugekehrten Seite. Eine solche aus zwei gasförmigen Flüssigkeiten und einem Metall bestehende Säule wirke so lange, bis das zersetzte Wasser sich zurückgebildet habe. Die Ladungssäule Ritters ist somit die erste Form des Akkumulators und Volta hatte mit vorstehenden Worten das Prinzip der Polarisation, das später Planté zur Konstruktion der sekundären Elemente oder Akkumulatoren führte, ganz richtig dargestellt.

Ritter fand auch, daß durch Einschalten einer Ladungssäule der Strom der Voltaschen Säule rasch geschwächt wird, eine Erscheinung, welche daher rührt, daß der von der Ladungssäule ausgehende Strom dem Ladestrom der Voltaschen Säule entgegengesetzt ist. Man erkannte, daß aus demselben Grunde, d. h. infolge des Auftretens von Zersetzungsprodukten, die Voltasche Säule geschwächt werden muß, selbst wenn sie gar nicht mit einer »Ladungssäule« oder einem Wasserzersetzungsapparat in Verbindung steht. Das Bestreben, hier Abhilfe zu schaffen, führte zur Konstruktion der »konstanten Elemente«.

13. Die Begründung der Elektrochemie.

Wie bei so vielen großen Entdeckungen wurden auch bezüglich der chemischen Wirkung der galvanischen Elektrizität die ersten Beobachtungen gemacht, ohne daß man ihnen gleich die verdiente Bedeutung beigelegt und sie weiter verfolgt hätte. So wurde schon im Jahre 1795 darauf hingewiesen, daß, wenn Zink und Silber in Wasser tauchen, das Zink von einer Oxydschicht überzogen wird341. A. v. Humboldt wiederholte diesen Versuch und sah am Silber Blasen aufsteigen, die aus Wasserstoff bestanden342. Übrigens war Humboldt ein Hauptgegner Voltas. Humboldt gab 1797-1799 ein Werk über die tierische Elektrizität heraus, das er »Versuche über die gereizte Nerven- und Muskelfaser« betitelte. Darin vertrat er die Ansicht, die galvanischen Erscheinungen würden durch ein Fluidum hervorgerufen, das in den tierischen Organen angehäuft sei. Ob dieses Fluidum, wie Galvani angenommen, elektrischer Natur sei, hielt Humboldt sogar noch für zweifelhaft. Eine bessere Aufnahme fanden die Forschungsergebnisse Galvanis und Voltas jenseits des Kanals. Sobald die Kunde von der Erfindung der Voltaschen Säule nach England gelangt war, beeilten sich die dortigen Physiker, Voltas Apparat zusammenzustellen und damit zu experimentieren. Dabei richtete sich ihre Aufmerksamkeit auf die von Volta übersehenen, vielleicht auch in seiner Voreingenommenheit für die von ihm begründete Kontakttheorie nicht genügend beachteten chemischen Vorgänge.

Der erste, der in England eine Säule nach Voltas Angaben zusammensetzte, war Carlisle343. Um eine bessere Berührung des Schließungsdrahtes mit der oberen Platte zu bewerkstelligen, hatte Carlisle die letztere mit einem Tropfen Wasser angefeuchtet. Dabei bemerkte er, daß sich um den Draht herum Gasbläschen bildeten. Um diese Erscheinung genauer zu verfolgen, führte Carlisle in Gemeinschaft mit Nicholson344 im Mai des Jahres 1800 den galvanischen Strom unter Anwendung von zwei Messingdrähten durch eine mit Wasser gefüllte Röhre345. Der Abstand zwischen den Enden der Drähte betrug 1¾ Zoll. Sogleich erhob sich an dem mit dem Silber verbundenen Drahte ein Strom kleiner Gasblasen, während die Spitze des anderen Drahtes anlief. Jenes Gas wurde als Wasserstoff erkannt. Der Sauerstoff des Wassers hatte sich dagegen mit der Substanz desjenigen Drahtes verbunden, der zum Zink führte, und ein Anlaufen des Endes verursacht. Als man anstatt der Messingdrähte solche aus Platin wählte, einem Metall, mit dem der Sauerstoff sich nicht direkt verbindet, gelang es, beide Gase als solche aus dem Wasser abzuscheiden. Dieses war die erste, vollständige und deutliche, mit Hilfe des galvanischen Stromes bewirkte Zerlegung einer chemischen Verbindung, deren zusammengesetzte Natur man allerdings schon vorher erkannt hatte. Zwar besaßen Carlisle und Nicholson in von Humboldt und einigen anderen Vorläufer, die schon auf gewisse Erscheinungen hingewiesen hatten, die offenbar chemische Wirkungen des Stromes waren. Ja, es tauchte schon vor der Erfindung der Voltaschen Säule die Ansicht auf, daß vielleicht chemische Änderungen nicht die Folge, sondern die Ursache der Elektrizitätsentwicklung sein möchten346. Dennoch gebührt den beiden englischen Forschern das Verdienst, die Zerlegung des Wassers durch den galvanischen Strom zum ersten Male durch eine planvolle und ergebnisreiche Untersuchung dargetan zu haben. Nichts lag daher näher, als das neue Hilfsmittel auf Stoffe bislang unbekannter chemischer Zusammensetzung anzuwenden, ein Weg, den wir wenige Jahre nach der Anstellung der soeben beschriebenen ersten Elektrolyse mit dem größten Erfolge den Engländer Davy beschreiten sehen. Wie Nicholson und Carlisle in v. Humboldt, so besaß Davy auf diesem Gebiete einen Vorläufer in dem schon erwähnten Deutschen Ritter347. Im September des Jahres 1800348 teilte dieser mit, daß er mit einer aus 64 Plattenpaaren bestehenden Säule nicht nur Wasser, sondern auch Kupfervitriol unter Abscheidung von Kupfer zersetzt habe. Ritter ließ den Strom auch auf Ammoniak wirken. Er gelangte schließlich zu der Ansicht, es gebe keine Flüssigkeit, die nicht durch den galvanischen Strom zersetzt werden könne.

Es ist für uns Deutsche ruhmvoll, daß bei uns so oft in aller Stille und Verborgenheit die Erschließung neuer Wissensgebiete stattgefunden hat. Es ist dagegen eine fast beschämende, indessen aus den früheren Zuständen und dem Nationalcharakter erklärliche Tatsache, daß der weitere Ausbau der erschlossenen Gebiete und die praktische Verwertung der gewonnenen Kenntnisse, sowie infolgedessen häufig genug auch der Ruhm der Entdeckung dem Auslande vorbehalten blieb. Im Beginn des 19. Jahrhunderts herrschte zudem eine die empirische Forschung unterschätzende Naturphilosophie in Deutschland, in deren Banden sich Ritter und in seinen jüngeren Jahren auch von Humboldt befand. Sie hat der Naturforschung auf deutschem Boden mehr geschadet, als es in Frankreich die Wirren der französischen Revolution vermocht haben. Von beiden Hemmnissen blieben die Forscher Englands verschont. Und so sehen wir hier Davy mit Entdeckungen auf dem neuen Gebiete hervortreten, welche denjenigen Voltas nicht nachstehen.

Humphry Davy wurde am 17. Dezember 1778 in Cornwall geboren349. In ärmlichen Verhältnissen aufgewachsen – sein Vater sorgte für sich und die Seinen durch Herstellung von Holzschnitten – wurde der junge Davy Gehilfe bei einem Chirurgen. Diesem mußte er auch bei der Herstellung von Arzneien zur Hand gehen. Auf solche Weise wurde in ihm ein Interesse an chemischen Vorgängen erweckt, das für seine spätere Laufbahn bestimmend werden sollte. Im Alter von 20 Jahren erhielt Davy eine Anstellung an einem Institut, das man in Bristol zu dem Zweck ins Leben gerufen hatte, um die Wirkungen gasförmiger Körper auf den Organismus zu prüfen350. Davy machte hier die Beobachtung, daß das von Priestley um 1772 entdeckte Stickoxydul (Lachgas) berauschend und betäubend wirkt351. Ferner stellte er Versuche über die physiologischen Wirkungen von Wasserstoff und Kohlendioxyd an und gelangte dadurch in den Ruf eines vorzüglichen Experimentators. Infolgedessen wurde Davy, bald nachdem die Kunde von Voltas Entdeckungen nach England gekommen war, als Professor der Chemie an die Royal Institution nach London berufen und zum Mitglied der Royal Society gewählt. Hier sehen wir ihn während des ersten Jahrzehnts des 19. Jahrhunderts eine außerordentliche Wirksamkeit entfalten, durch die er der Lehre vom Galvanismus eine neue Richtung gab. Nur die hervorragende, gleichzeitig das physikalische, wie das chemische Gebiet umfassende Forschertätigkeit eines Davy war imstande, die zahlreichen Irrtümer, welche jener Lehre infolge unrichtiger Auslegung der beobachteten elektrochemischen Vorgänge anhafteten, zu beseitigen. Der Elektrizität wurde damals alles Mögliche und Unmögliche zugeschrieben. Hielten es doch viele für ausgemacht, daß aus reinem Wasser und dem elektrischen Fluidum Salpetersäure, Salzsäure, Natron oder gar eine besondere elektrische Säure entstehen könne. Davy lieferte den Nachweis, daß in solchen Fällen das Wasser Verunreinigungen enthielt, durch deren Zersetzung die genannten Verbindungen entstanden waren, oder daß in anderen Fällen unter dem Einfluß der Elektrizität Bestandteile des Gefäßes an das Wasser abgegeben und zersetzt wurden352. Er zeigte ferner, daß chemisch reines Wasser sich durch die Elektrizität einzig und allein in Sauerstoff und Wasserstoff zersetzt353. Darauf folgten eine Anzahl Versuche über »Das Hinüberführen gewisser Bestandteile der Körper durch Elektrizität,« ein Vorgang, den man später als das Wandern der Ionen bezeichnet und durch die Annahme von freien, positiv oder negativ geladenen Ionen erklärt hat. Davy spricht das Ergebnis dieser Versuche etwa folgendermaßen aus: Wasserstoff und die Metalle würden von den negativ elektrischen Metallflächen angezogen, von den positiv elektrischen dagegen zurückgestoßen. Dagegen würden Sauerstoff und die Säuren (die Säurereste würden wir heute sagen) von den positiven Metallflächen angezogen, von den negativen abgestoßen. Diese anziehenden und zurückstoßenden Kräfte seien energisch genug, um die Wirkung der Wahlverwandtschaft zu zerstören.

Die Schwierigkeit, daß die Bestandteile der Verbindungen an den weit voneinander entfernten Elektroden jeder für sich in die Erscheinung treten, erklärt Davy, indem er das Wasser als Beispiel wählt, auf folgende Weise. Da der Wasserstoff von der positiven Metallfläche (die Bezeichnung Elektrode hat erst Faraday eingeführt) und der Sauerstoff von der negativen Fläche abgestoßen würden, so müsse in der Mitte des flüssigen Leiters eine Verbindung der zurückgestoßenen Stoffe vor sich gehen, oder – ein Gedanke, den später354 Grothuss wieder aufgenommen – es finde eine Reihe von Zersetzungen und Wiedervereinigungen von der einen Metallfläche bis zur anderen statt.

Über eine Entdeckung von weittragendster Bedeutung berichtete Davy der Royal Society im Jahre 1807. Schon Lavoisier hatte die Vermutung ausgesprochen, daß man in den Alkalien und den Erden den Metallkalken ähnliche Verbindungen des Sauerstoffs mit bis dahin unbekannten Elementen zu erblicken habe. Alkali war auch die Substanz, die aus der Wand des Glasgefäßes in das Wasser überging, wenn letzteres in einem solchen der Elektrolyse unterworfen wurde. Was lag daher näher, als die zersetzende Kraft des galvanischen Stromes auf das Alkali selbst wirken zu lassen, um so das Dunkel, welches die chemische Natur dieser Verbindung einhüllte, zu lichten!

Davy versuchte zuerst Kali und Natron in ihren wässerigen, bei gewöhnlicher Temperatur gesättigten Lösungen mit Hilfe der stärksten galvanischen Apparate, die ihm zu Gebote standen, zu zerlegen. Bei aller Intensität der Wirkung wurde jedoch das Wasser allein angegriffen, und unter großer Hitze und heftigem Aufbrausen entwickelten sich nur Wasserstoff und Sauerstoff. Davy schmolz daher bei seinen späteren Versuchen das Kali und das Natron, indem er sie in einen Platinlöffel legte und die Elektrizität zugleich als Schmelzungs- und Zersetzungsmittel wirken ließ.

Das Kali, das er durch Glühen vollkommen getrocknet hatte, leitet zwar die Elektrizität nicht. Es wird aber schon leitend durch ein wenig Feuchtigkeit, welche den festen Zustand des Kalis nicht merklich ändert. In diesem Zustande wird es durch eine energische elektrische Einwirkung geschmolzen und zersetzt. Davy nahm ein kleines Stück reines Kali, ließ es einige Sekunden mit der Atmosphäre in Berührung, wodurch es an der Oberfläche durch Wasseranziehung leitend wurde, legte es auf eine isolierte Platinscheibe, die mit dem negativen Ende einer Batterie von 250 Plattenpaaren verbunden war, und berührte die Oberfläche des Kali mit dem positiven Platindrahte. Sogleich zeigte sich eine sehr lebhafte Wirkung. Das Kali begann zu schmelzen. An der oberen Fläche sah Davy ein heftiges Aufbrausen. An der unteren oder negativen Fläche war keine Gasentwicklung wahrzunehmen. Doch entdeckte Davy dort kleine Kügelchen, die einen sehr lebhaften Metallglanz hatten und völlig wie Quecksilber aussahen. Eine Menge von Versuchen bewiesen ihm alsbald, daß diese Kügelchen die Substanz waren, nach der er suchte, nämlich ein brennbarer Körper eigentümlicher Art, und zwar das dem Kali zugrunde liegende Metall. Davy fand, daß die Gegenwart von Platin ohne Einfluß auf das Resultat ist, und daß dieses Metall nur die Elektrizität zuführt, welche die Zersetzung bewirken soll. Es entstand nämlich immer dieselbe Substanz, er mochte den Stromkreis durch Stücke Kupfer, Silber, Gold, Graphit oder Kohle schließen. Natron gab ähnliche Resultate wie das Kali, wenn man es auf dieselbe Art behandelte.

Bei allen Zersetzungen chemischer Verbindungen, welche Davy früher untersucht hatte, waren stets die brennbaren Elemente am negativen Pole entbunden worden, während der Sauerstoff am positiven Pole zum Vorschein kam oder dort in Verbindung trat. Es war daher ein naheliegender Gedanke, daß bei der Einwirkung der Elektrizität auf die Alkalien die neuen Substanzen auf ganz ähnliche Weise erzeugt werden.

Davy355 stellte deshalb in einem durch Quecksilber abgesperrten Apparat mehrere Versuche an, bei denen die äußere Luft ausgeschlossen war. Diese Versuche bewiesen, daß sich die Sache in der Tat so verhält. Als er nämlich festes Kali oder Natron, die so viel Feuchtigkeit eingesogen hatten, daß sie die Elektrizität leiteten, in Glasröhren einschloß, die mit Platindrähten versehen waren, und den Strom hindurchleitete, dann entstanden die neuen Substanzen an der negativen Metallspitze. Das Gas, das sich gleichzeitig an der positiven Metallspitze entwickelte, war reiner Sauerstoff. Am negativen Pole erschien gar kein Gas, außer wenn Wasser in größerer Menge vorhanden war. Dann wurde nämlich durch die Einwirkung des entstandenen Kaliums auf das Wasser Wasserstoff entwickelt.

Um den Beweis, daß die Alkalien nur durch die Vereinigung von Sauerstoff mit den entdeckten Metallen entstanden sind, zu einem einwandfreien zu erheben, schloß Davy an seine durch das neue Hilfsmittel vollzogene Analyse (Elektrolyse) die Synthese der Alkalien an. In besonders dazu hergerichteten, durch Quecksilber abgesperrten Glasröhren wurden einige Kügelchen Kalium mit Sauerstoff in Berührung gebracht. Sie verschluckten augenblicklich den Sauerstoff und überzogen sich mit einer Rinde von Kaliumoxyd. Der Grundstoff des Natrons, das Element Natrium, verhielt sich ähnlich und lieferte wieder Natron. Wurden die aus Kali und aus Natron erhaltenen Elemente in einer gegebenen Menge Sauerstoff erhitzt, so verbrannten sie schnell mit weißer, glänzender Flamme und die metallischen Kügelchen verwandelten sich in eine feste, weiße Masse, die aus Kali oder aus Natron bestand, je nachdem man Kalium oder Natrium zu dem Versuch genommen hatte. Dabei wurde Sauerstoff verschluckt. Die Oxyde, die bei dem Versuche entstanden, übertrafen an Gewicht dasjenige der verbrannten Substanzen bedeutend.

Diese Tatsachen berechtigten Davy anzunehmen, daß Kali und Natron aus Sauerstoff und zwei eigentümlichen Grundstoffen bestehen. Die Affinität der Alkalimetalle zu Sauerstoff erwies sich als so groß, daß Davy die entdeckten Elemente nur unter Steinöl aufbewahren konnte. Wasser wurde von ihnen so heftig unter Entwicklung von Wasserstoff zersetzt, daß die geringe Menge Wasser, welche im Alkohol und im Äther nach sorgfältiger Reinigung dieser Flüssigkeiten noch enthalten ist, zerstört wurde356.

Metalloxyde, die man mit Kalium erhitzte, wurden ihres Sauerstoffs beraubt (reduziert). Als Davy ein wenig Eisenoxyd mit Kalium erwärmte, erfolgte eine lebhafte Einwirkung. Es entstand Kali neben Teilchen eines grauen Metalls, das sich als Eisen erwies. Bleioxyd und Zinnoxyd wurden noch schneller reduziert. War Kalium im Überfluß vorhanden, so verband sich das entstehende Metall mit dem Kalium zu einer Legierung. Das chemische Verhalten des Natriums fand Davy im ganzen dem des Kaliums ähnlich, doch zeigten sich charakteristische Verschiedenheiten.

Davy kam nach Abschluß dieser Untersuchung sofort auf die Vermutung, daß die alkalischen Erden, wie Baryt und Strontian, Verbindungen derselben Art wie die Alkalien seien, d. h. metallische Grundstoffe von hoher Brennbarkeit verbunden mit Sauerstoff357. Wie Baryt und Strontian, so besitzen auch Kalk, Magnesia, Tonerde und Kieselerde manche Ähnlichkeit mit den Alkalien358. Man durfte deshalb hoffen, daß auch diese widerspenstigen Stoffe der Einwirkung mächtiger Batterien nicht widerstehen und daß sich ihre Bestandteile mit Hilfe der neuen Methode abscheiden lassen würden359.

Die Verwandtschaftskräfte der neuen Metalle, die in den Alkalien enthalten sind, führten zu einer nicht zu ermessenden Menge von Versuchen. Diese Metalle wurden mächtige Agentien für die chemische Analyse. Und da sie an Verwandtschaft zum Sauerstoff alle bekannten Stoffe übertrafen, so konnten sie bei manchen Zerlegungen die Elektrizität ersetzen. So wurden, wie wir später sehen werden, die Grundstoffe der Kieselerde und der Tonerde, das Silizium und das Aluminium nämlich, zuerst durch die Einwirkung der Alkalimetalle aus ihren Verbindungen abgeschieden. Die Gewinnung des Aluminiums vermittelst des galvanischen Stromes erfolgte erst später.

Die Elektrolyse von Kalk, Baryt, Strontian und Magnesia gelang, ganz wie Davy es vorausgesehen. Schon ein Jahr nach der Entdeckung der Alkalimetalle konnte er den staunenden Zeitgenossen von diesem neuen Erfolg berichten.

Vor allem hatten die Untersuchungen Davys das wichtige Ergebnis, daß die Bedeutung, welche der Sauerstoff als Bestandteil chemischer Verbindungen beansprucht, in einem ganz anderen Umfange erkannt wurde. Hatte Lavoisier dieses Element als das säurebildende Prinzip angesprochen, so konnte man es jetzt mit der gleichen Berechtigung als ganz wesentlich für das Zustandekommen der Alkalien hinstellen. Davy erklärte infolgedessen am Schluß seiner Untersuchung: »Sauerstoff ist in allen wahren Alkalien vorhanden. Denselben Stoff, den die Franzosen als das Prinzip der Azidität charakterisieren, kann man daher auch das Prinzip der Alkalisierung nennen.« Nach den heutigen Anschauungen werden bekanntlich die basischen Eigenschaften durch das Vorhandensein der Hydroxylgruppe OH bedingt.

Es ist begreiflich, daß Davy, nachdem er diese neue Rolle des Sauerstoffs erkannt hatte, sich auch dem flüchtigen Alkali, dem Ammoniak, zuwandte. Hier begegnete ihm nun der Irrtum, daß er den Sauerstoff, den er in dem Ammoniakgas (NH₃) vorhanden glaubte, auch wirklich fand, obgleich dies Element in dem völlig reinen, gut getrockneten Ammoniakgase fehlt. Indessen macht bekanntlich auch hier der Sauerstoff das Wesen der Alkalinität aus, indem das Ammoniakgas sich mit dem Wasserstoff und der Hydroxylgruppe des Wassers erst zur eigentlichen Basis verbindet (NH₃ + HOH = NH₄. OH). Davy faßte das Verhältnis des Ammoniaks zu den fixen Alkalien auch ganz richtig auf, indem er sagte, es würde zu letzteren wohl in derselben Beziehung stehen wie die Pflanzensäuren mit zusammengesetztem Radikal zu den mineralischen Säuren von einfacherer Zusammensetzung. Dem Kalium würde also nach dieser noch heute geltenden Auffassung die Gruppe NH₄ entsprechen.

Selten ist die Chemie mit einer solchen Fülle neuer Tatsachen bereichert worden, wie es innerhalb eines so kurzen Zeitraumes durch die Ergebnisse der elektrochemischen Untersuchungen Davys geschah. In dem galvanischen Strom hatte man das gewaltigste Agens für die chemische Analyse kennen gelernt. Neben der zersetzenden Wirkung der Voltaschen Säule wandte sich das Interesse in steigendem Maße auch den innerhalb der Säule zwischen den Metallen und den angewandten Flüssigkeiten vor sich gehenden chemischen Veränderungen zu. Während man letztere zuerst als etwas Nebensächliches betrachtet hatte, begann man jetzt in dem innerhalb der Kette sich abspielenden chemischen Vorgang die Ursache des elektrischen Stromes zu erblicken.

Zwar erkannte schon Davy, daß nicht jeder chemische Vorgang elektromotorisch wirksam ist. Wurde Eisen in Sauerstoff verbrannt, während das Metall mit einem Elektrometer verbunden war, so erhielt letzteres während des Prozesses keine Spur von Ladung. Salpeter und Holzkohle wirkten, während sie unter Verpuffung zur Verbindung gebracht wurden, ebensowenig auf das Elektrometer. Auch bei der Verbindung von festem Alkali und Schwefelsäure machte sich kein Auftreten von Elektrizität bemerkbar360. Trotzdem suchte Davy die chemische Verwandtschaft auf elektrische Anziehungen und Abstoßungen zurückzuführen, so daß wir ihn als den Begründer einer elektrischen Theorie der chemischen Verbindungen betrachten müssen, einer Theorie, die ihren weiteren Ausbau durch Berzelius erfuhr und nach der Aufnahme mancher Verbesserungen die Grundlage für die neueren Anschauungen geworden ist.

Ursprünglich war Davy Anhänger der rein chemischen Theorie, während er später gleichzeitig der Kontakttheorie Rechnung zu tragen suchte. Er nahm nämlich an, daß die Atome bei ihrer Berührung entgegengesetzt elektrisch würden und sich infolgedessen anzögen, während nach Berzelius eine verschiedenartige elektrische Ladung den Atomen ursprünglich eigen ist und sich bei ihrer Verbindung ausgleicht. »Alle Körper die sich chemisch miteinander verbinden,« so führt Davy seine Ansicht des näheren aus, »geben bei ihrer Berührung entgegengesetzte elektrische Zustände. Angenommen die kleinsten elementaren Teilchen können sich frei bewegen, so werden sie sich deshalb infolge ihrer bei der Berührung auftretenden elektrischen Kräfte anziehen müssen.« Davy meint, der Zusammenhang der Elektrizität mit der chemischen Verwandtschaft liege also ziemlich klar zutage. Man dürfe vielleicht annehmen, daß beide im Grunde genommen dasselbe seien. Daraus erklärt sich das Problem, das Davy aufwirft, nämlich »eine Stufenleiter der elektrischen Kräfte der Körper aufzufinden, wie sie den Graden der Verwandtschaft entsprechen361.« Auch dieser Gedanke Davys ist in der Folge, nachdem man eine Untersuchung der Beziehungen zwischen dem elektrischen und dem chemischen Potential in Angriff genommen, von großer Tragweite gewesen362.

Auch die Wärme- und die Lichtwirkung der galvanischen Elektrizität konnten, als man die Zahl der Platten vergrößerte, nicht verborgen bleiben. Daß beim Öffnen und Schließen des galvanischen Stromes mehr oder minder kräftige Funken auftreten, gehörte zu den ersten Beobachtungen, die man an den neuen Apparaten machte. Als Davy den Strom seiner aus einigen hundert Plattenpaaren zusammengesetzten Batterie durch Alkali leitete, war die Wärmewirkung groß genug, um letzteres zu schmelzen. Und als derselbe Forscher später eine Batterie von 2000 Elementen benutzte, zeigte sich an der Unterbrechungsstelle, zumal bei Anwendung von Kohlenspitzen, ein äußerst blendendes Licht, das jedoch erst in der neueren Zeit, seitdem man billigere Elektrizitätsquellen kennen gelernt hatte, als Bogenlicht zu Beleuchtungszwecken Verwendung finden konnte. Es ist nicht ganz zutreffend, Davy als den Entdecker des Bogenlichtes zu bezeichnen. Dem Öffnungsfunken hatte sich schon länger das Interesse der Physiker zugewandt. Man hatte sein Zustandekommen aus dem Auftreten erglühender, abgerissener Metallteilchen erklärt und auch den einen Pol mit einem Kohlenstift verbunden, um dadurch stärkere Funken zu erhalten. Der erste, der zwei Kohlenstifte anwandte und so im Jahre 1820 ein Licht erzielte, das die Augen der Zuschauer blendete, war de la Rive. Davy machte seinen Versuch erst ein Jahr später bekannt363. Und es ist nicht einmal sicher, ob er unabhängig von de la Rive, der mit 380 Elementen experimentierte, auf den Gedanken gekommen ist, zwei Kohlenspitzen zu verwenden.

Als Davy die Kohlenspitzen nach der Unterbrechung des Stromes untersuchte, fand er, daß die mit dem positiven Pol verbundene Spitze ausgehöhlt, der gegenüberstehende Kohlenstift dagegen zugespitzt erschien. Es hatte somit eine Wanderung der Kohlenteilchen vom positiven zum negativen Pole stattgefunden. Dies zeigte sich noch deutlicher, als Davy die Verbrennung der hinüberwandernden Teilchen dadurch aufhob, daß er den Lichtbogen im luftleeren Raum entstehen ließ.

Viele Entdeckungen Davys sind dem praktischen Leben zugute gekommen. Während seine Sicherheitslampe die Zahl der in den Kohlengruben stattfindenden Unglücksfälle erheblich verringerte, zeigte später das von ihm entdeckte Kalium dem in dunkler Nacht ins Meer gespülten Schiffer den Weg zur Rettung364. Zu erwähnen sind auch Davys Untersuchungen über das Leitungsvermögen. Er zeigte, daß dieses mit steigender Temperatur abnimmt und daß die schlechten Leiter leichter erglühen als die besseren. Um dies in augenfälliger Weise darzutun, verfertigte Davy eine Kette, deren Glieder abwechselnd aus Silber- und aus Platindraht bestanden. Leitete er durch diese Kette einen elektrischen Strom von zunehmender Stärke, so konnte er bewirken, daß die Platinstücke glühten, während das Silber kalt blieb, ein Experiment, das noch heute zu den beliebtesten Vorlesungsversuchen gehört.

Nach ihrem Leitungsvermögen ordnete Davy, mit dem schlechtesten Leiter beginnend, die bekannten Metalle in folgende Reihe: Eisen, Platin, Zinn, Zink, Gold, Kupfer, Silber. Daß das Leitungsvermögen nicht von der Größe der Oberfläche, sondern von der Größe des Querschnitts abhängt, bewies er auf folgende Weise. Er ließ einen zylindrischen Draht, dessen Leitfähigkeit er geprüft hatte, zu einem Bande auswalzen. Obgleich die Oberfläche dadurch sechsmal so groß geworden war, besaß der Draht noch dasselbe Leitungsvermögen. Endlich ging aus Davys Untersuchung noch hervor, daß das Leitungsvermögen der Länge des eingeschalteten Drahtes umgekehrt proportional ist.

Für Davys unvergleichliche Leistungen ist ihm reiche Anerkennung zuteil geworden. Napoleon verlieh, obgleich er damals mit England im Kriege lag, dem genialen Manne einen jener Preise, die er für hervorragende Arbeiten auf dem Gebiete der galvanischen Elektrizität gestiftet hatte. In seinem Vaterlande wurde Davy geadelt und zum Präsidenten der Royal Society gewählt, ein Amt, das er bekleidete, bis zunehmende Schwäche des Körpers ihn zum Rücktritt zwang. Auf einer zur Wiederherstellung der Gesundheit unternommenen Reise verschlimmerte sich sein Leiden. Er starb in Genf am 29. Mai des Jahres 1829365.