Lieber Freund!

Sie haben mir wieder eine Frage vorgelegt, deren Beantwortung (wenn sie überhaupt möglich ist) jedenfalls weit schwieriger ist, als Sie glauben. Ich soll Ihnen also eine scharfe Grenzlinie ziehen zwischen den Begriffen des physikalischen und des chemischen Vorgangs, woraus notwendig folgt, daß ich Ihnen erklären müßte, was ein physikalischer und was ein chemischer Vorgang ist. Dies kann ich aber gar nicht, wenigstens nicht in einer solchen Genauigkeit, daß die Erklärung für alle Fälle gilt. Sie müssen mir also erlauben, die Antwort auf Ihre Frage in dem Sinne einzuschränken, daß ich Ihnen die scheinbaren Unterschiede zwischen chemischen und physikalischen Vorgängen nenne. Sie werden mit dem Wachsen Ihrer chemischen Kenntnisse ganz von selbst bemerken, daß diese Unterschiede eben nur scheinbare sind.

Betrachten wir als Beispiele für physikalische Vorgänge die Erhitzung eines Metallstücks bis zur Glut, das Schmelzen eines Metalls, die Verdampfung und das Gefrieren des Wassers. Was ist allen diesen verschiedenen Vorgängen gemeinsam? — Kein Mensch wird behaupten können, daß ein Körper in einem physikalischen Vorgang seine Eigenschaften nicht ändere. Ändert sich doch schon beim Glühen das Aussehen aller Stoffe so außerordentlich, daß alle Farben und Oberflächeneigenschaften schwinden, der Glanz erlischt, die Härte sich außerordentlich verringert, die Leitfähigkeit für den elektrischen Strom ganz anders wird. Tatsächlich kann man dem Aussehen nach einen glühenden Stein von einem glühenden Eisenstück nicht unterscheiden, so groß die Unterschiede dieser beiden Stoffe in der Kälte sind. Und nun gar erst beim Schmelzen! Oder beim Verdampfen! Kann sich ein Körper stärker verändern in bezug auf Aussehen, spezifisches Gewicht, Härte, Zusammendrückbarkeit, Leitfähigkeit für den elektrischen Strom usw. als es ein verdampfender Stoff tut? —

Man wird also nicht sagen dürfen, daß das Wesen eines chemischen Vorgangs dadurch gekennzeichnet sei, daß sich die Eigenschaften des Stoffes ändern, der dem Vorgang unterworfen wird. Denn wenn sich Blei oder Magnesium durch den chemischen Vorgang der Verbrennung in Asche verwandelt, so ist die Änderung der Eigenschaften kaum größer, als wenn diese Metalle sich durch einen physikalischen Vorgang in Dampf verwandeln.

Somit müssen wir die Kennzeichen chemischer Vorgänge in etwas ganz anderem suchen. Nun ist es eine auffallende Tatsache, daß bei chemischen Vorgängen stets und ohne Ausnahmen entweder Wärme entwickelt oder Wärme verbraucht wird. Alle Verbrennungen sind ja ein Beweis für den einen dieser Fälle, denn sie machen die freiwerdende Wärme deutlich erkennbar. Man hat eine Zeitlang geglaubt, in diesen Änderungen des Wärmeeinhalts das Hauptkennzeichen chemischer Vorgänge erblicken zu müssen. Aber wie unrichtig diese Auffassung war, werden Sie mir sofort zugeben, wenn ich Sie daran erinnere, daß auch die allerhäufigsten physikalischen Vorgänge ohne Wärmeinhaltsveränderungen nicht möglich sind: kein Körper auf der ganzen Welt kann schmelzen oder verdampfen, ohne gleichzeitig Wärme zu verbrauchen; kein Gas kann sich verflüssigen, keine Flüssigkeit kann erstarren, ohne zugleich Wärme an die Umgebung abzugeben. Kein Körper kann von einem elektrischen Strom durchflossen, von einem Lichtstrahl getroffen werden, ohne sich dadurch zu erwärmen, und es gibt auch keinen Stoff auf der Erde, den man pressen oder hämmern könnte, ohne ihn zugleich wärmer oder kälter (Eis wird durch Druck kälter) zu machen. Also sind auch die Wärmezustandsänderungen kein sicheres Kennzeichen der chemischen Vorgänge allein.

Nun bleibt aber doch noch eine Gruppe von drei Möglichkeiten übrig, welchen allein die chemischen Prozesse genügen können. Diese Möglichkeiten sind:

1. das Zusammentreten zweier oder einiger Stoffe zu einem einzigen, der in allen Eigenschaften von seinen Bestandteilen abweicht,
2. der Zerfall eines Stoffes in zwei oder einige, die in allen Eigenschaften von ihm verschieden sind,
3. der Austausch von Bestandteilen zwischen zwei Stoffen, so daß beide dadurch in ganz neue Stoffe verwandelt werden.

Für den ersten Fall haben wir in den Verbrennungen viele treffliche Beispiele kennen gelernt. Blei tritt mit Sauerstoffgas zu gelber Bleiasche zusammen, welche in allen ihren Eigenschaften gänzlich verschieden ist sowohl vom Blei als vom Sauerstoff. Ein prächtiger Versuch zum Beweis des gleichen Falles ist die Bildung des Jodquecksilbers aus Jod und Quecksilber. Sie kaufen sich eine Zweikugelröhre aus schwer schmelzbarem Glas, wie Abb. 6, und bringen in die eine Kugel etwas gepulvertes Jod, in die andere etwas Quecksilber. Wenn Sie nun erst das Quecksilber und dann das Jod erwärmen, so bilden sich prachtvoll glänzende Kristalle von rotem Jodquecksilber. Dieser Versuch zeigt Ihnen zugleich, wie töricht es wäre, Chemie aus Büchern lernen zu wollen, ohne Versuche zu machen. Denn der Name „Jodquecksilber“ läßt die beiden Bestandteile so leicht erkennen, daß man dadurch auf die falsche Meinung gebracht werden könnte, das wirkliche Jodquecksilber lasse seine Bestandteile ebenfalls leicht unterscheiden, so wie ein „Kesselwagen“ den Kessel und Wagen, ein „Motorrad“ den Motor und das Rad. Man sieht aber im Versuch mit Erstaunen, daß Jodquecksilber weder mit Jod, noch mit Quecksilber die geringste Ähnlichkeit hat.

Die zweite Reihe von chemischen Vorgängen ist durch den Zerfall eines Stoffes in einige, von ihm verschiedene, gekennzeichnet. Beispiele dafür kennen Sie schon längst; denn Sie wissen, daß man Wolle, Haare, Kleiderstoffe, Holz usw. nicht erhitzen kann, ohne daß sie „sich zersetzen“, d. h. eben in solche anderen Stoffe chemisch zerfallen.

Auch für die dritte Reihe von chemischen Vorgängen haben wir schon Beispiele kennen gelernt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Stoffe durch den Austausch gewisser Bestandteile in zwei ganz neue Stoffe verwandelt werden. So entstand durch solchen Austausch aus Bleiasche und Kohlenpulver: Bleimetall und Kohlensäuregas, aus Kohlensäuregas und Magnesiummetall: schwarze Kohle und weiße Magnesiumasche.

Durch Nachdenken über Ihre Frage bin ich noch auf einen anderen Unterschied zwischen physikalischen und chemischen Vorgängen gekommen: durch physikalische Prozesse wird das Gewicht des Stoffes, welcher dem Prozeß unterworfen wird, nicht verändert: ein Kilo Wasser behält sein Gewicht bei, auch wenn es gefriert oder in Dampf verwandelt wird. Durch chemische Vorgänge wird aber das Gewicht eines Stoffes stets vermehrt oder vermindert, je nachdem er einem chemischen Aufbau oder Zerfall unterworfen wird. Diese Gewichtsänderungen sind nun sehr interessant, weil sie nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten erfolgen, welche ich mich nun bemühen will, Ihnen klar zu machen.

Wir haben im Anfang unserer Unterhaltungen auf einer Wage einen kleinen Berg aus Magnesiumpulver errichtet, haben ihn dann angezündet und festgestellt, daß er durch Sauerstoffaufnahme aus der Luft sein Gewicht vermehrte und dabei in weiße Magnesiumasche verwandelt wurde. Wir können uns nun fragen: wieviel Sauerstoff enthält diese Asche? Gibt es davon etwa verschiedene Qualitäten von verschiedenem Sauerstoffgehalt, so wie man fettreichen und fettarmen Käse kennt? Wird etwa die weiße Magnesiumasche noch reicher an Sauerstoff und noch schwerer, wenn man sie an der Luft weiterhin glüht? — Oder gibt es stets dieselbe, einzigartige Verbindung einer ganz bestimmten Menge Magnesium mit einer unabänderlichen Menge Sauerstoff? —

Diese Frage hat die Chemiker erst um die Wende vom 18. zum 19. Jahrhundert zu interessieren angefangen, obgleich sie von so beispielloser Wichtigkeit ist, daß erst von ihrer Beantwortung an die Chemie ihren ungeheuren Aufschwung nehmen konnte. Da haben denn zahllose Untersuchungen ergeben, daß es allerdings von einem und demselben Metall verschiedene Aschen mit verschiedenem Sauerstoffgehalt gibt. So gibt es z. B. vom Blei nicht weniger als drei verschiedene Aschen, nämlich die gelbe Bleiglätte, das braunschwarze Bleisuperoxyd und die rote Mennige. Aber trotzdem hat es damit eine ganz andere Bewandtnis als mit den Käsesorten von verschiedenem Fettgehalt. Denn der Fettgehalt eines Käses kann in jeder beliebigen Abstufung reguliert werden; ist mir ein Käse von 20 % Fettgehalt noch ein wenig zu mager, so kann ich den Fabrikanten veranlassen, den Fettgehalt um 1, 2 oder 3 % zu erhöhen — ganz nach meinen Wünschen. Finde ich aber die Bleiglätte, welche stets unabänderlich 7,17 % Sauerstoff enthält, für meine Zwecke zu arm an Sauerstoff, so kann ich ihren Gehalt daran allerdings auch erhöhen, aber nicht nach Belieben: ich kann sie nur in Mennige verwandeln, welche außer dem Metall Blei noch 9,34 % Sauerstoff enthält, oder in Bleisuperoxyd, welches 13,81 % Sauerstoff enthält. Mittelstufen zwischen diesen gibt es nicht. Auch besteht noch ein wichtiger Unterschied gegenüber den Käsesorten: diese sind doch im Grund, trotz ihres verschiedenen Bleigehalts, von gleicher Art und gleichartigen Eigenschaften. Die drei Sauerstoffverbindungen des Bleis sind dagegen grundverschieden voneinander: Bleiglätte ist gelb, Mennige zinnoberrot, Bleisuperoxyd dunkelbraun. Bleiglätte löst sich in Essigsäure und in Salpetersäure leicht auf, Bleisuperoxyd in keiner von beiden Säuren, Mennige wird durch Salpetersäure in Bleisuperoxyd verwandelt usw.

Es werden also die Verhältnisse bei chemischen Vorgängen von einem Gesetz beherrscht, welches der Engländer John Dalton, Lehrer in Manchester, um 1803 herum entdeckte und als „Gesetz der bestimmten Gewichtsverhältnisse“ bezeichnete.

Etwas schwieriger war die Entdeckung eines zweiten Gesetzes über denselben Gegenstand, welche durch denselben Forscher wenige Jahre später erfolgte. Ich kann sie Ihnen ebenfalls an den drei Sauerstoffverbindungen des Bleis klarmachen. Wir haben vorhin folgende Prozentgehalte Sauerstoff für diese drei Verbindungen erwähnt:

Rechnet man nun diese Sauerstoffgehalte um auf je einen Gewichtsteil Bleimetall, so findet man:

Betrachtet man diese Zahlen genauer, so erkennt man leicht, daß das Bleisuperoxyd genau doppelt soviel, die Mennige genau um ein Drittel mehr Sauerstoff enthält als die Bleiglätte. Dieselbe Beobachtung macht man, wenn man die Aschen anderer Metalle, z. B. des Eisens, mit der Wage und rechnerisch kontrolliert. Stets ergeben sich zunächst komplizierte Zahlen, die aber stets untereinander in einem einfachen Verhältnis stehen. Diese Verhältnisse sind so einfach, daß man sie stets durch einstellige ganze Zahlen bezeichnen kann, also z. B. 1 : 2, oder 3 : 4, oder 4 : 7 usw.

Dieses Gesetz heißt: „Gesetz der mehrfachen Gewichtsverhältnisse“.

Durch die beiden Gesetze der „bestimmten“ und der „mehrfachen“ Gewichtsverhältnisse sind alle chemischen Vorgänge scharf gekennzeichnet. Ich hoffe, damit Ihre Frage in verständlicher Form beantwortet zu haben, und bitte Sie nur, mir Ihre Zweifel stets mitzuteilen.

Mit herzlichen Grüßen

Ihr

L. W.