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Austritt negativer Elektronen aus reagierenden Metallen.

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13. Austritt negativer Elektronem aus
reagierernden Netallen,;
von 3. H a b e r und G. Just.
(Aus dem Institut fur Physikalische Chemie und Elektrochemie der
Technischen Hochschule ,,Fridericiana" zu Karlsruhe.)
1. Metalle enthalten als wesentliche Bestandteile positiv
geladene Massenteilchen und freie negative Elektronen. Letztere
verschwinden beim Ubergang der Metalle in Oxyde (Hydroxyde)
und Salze. Dieser Ubergang wird molekularmechanisch ein
turbulenter Vorgang sein. Man kann darum erwarten, dab
von reagierenden Metallen unter Umstanden freie negative
Elektronen abgegeben werden. Es laBt sich nicht voraussehen , ob dieselben eine erhebliche Anfangsgeschwindigkeit
haben werden. Bei geringer Anfangsgeschwindigkeit kann
man aber immerhin erwarten, da6 sie durch ein angelegtes
Gleichstromfeld aus der Reaktionszone weggefuhrt werden
konnen. J e leichtcr sich das negative Elektron vom positiven
Metallion trennt, um so eher ist diese Erscheinung zu erwarten. In Losungen wird die Leichtigkeit der Abtrennung
durch die Elektroaffinitat gemessen. Nach E l s t e r uud Geitel')
ordnen sich die Metalle hinsichtlich des photoelektrischen
Effektes in derselben Reihenfolge, wie nach der Elektroaffinitat. Danach ist zu gewartigen, daB sich die Erscheinung
am ehesten bei den unedelsten Metallen, also bei den Alkalimetallen, finden wird.
2. Wirkt gewohnliche Luft auf die bekannte fliissige
Legierung von Kalium und Natrium, so uberzieht sich dieselbe
sofort mit einer weiBen Haut von Oxyd und Hydroxyd. Verbindet man die auf einer Glasschale oder in einem flachen
EisengefaB oder auf einem Holzteller a) untergebrachte Legierung
1) J. E l s t e r u. H. G e i t e l , Wied.Ann. 43. p. 225 1891; 62. p. 433.
1894; vgl. auch E. L a d e n b u r g , Ann. d. Phjs. 12. p. 558. 1903.
2) Glasschale, EisengefaS oder Holzteller werden auf eine gut
isolierende Hartgummiplatte gestellt.
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3'. Haber
u.
G. Just.
mit dem negativen Pol einer trockenen Hochspannungssaule,
hangt man dariiber in etwa 4 cm Abstand eine Messingscheibe,
welche mit dem Eiektroskop verbunden ist, und iiberf&hrtman
die Legierung mit einem Glasstab oder rnit der Schneide eines
Rasiermessers (welches am hoch isolierten Griff gehalten wird),
so daB blanke Legierung hervortritt und der Luftwirkung ausgesetzt wird, so ladet sich das Elektroskop alsbald negativ
auf. Ersetzt man die trockene Saule durch eine Hochspannungsbatterie (1100 Volt) und das Elektrometer durch ein
Galvanometer von der Empfindlichkeit 0,9. 10-g Ampere pro
Skalenteil , so erhalt man beim regelmaBigen Abstreichen der
Oxyddecke leicht einen dauernden Strom von etwa 15 Skt.
Erdet man die Legierung, wahrend man der dariiber befindlichen Messingplatte , welche rnit dem Elektroskop verbunden
ist, eine kraftige positive Ladung gibt, so beobachtet man
beim Freilegen des Metalls durch Abstreichen Entladung des
Elektroskops.
3. Kehrt man bei den unter 2. beschriebenen Versuchen die Vorzeichen um, so ist der Effekt entweder Null
oder wenigstens von einer wesentlich kleineren GroBenordnung.
Bei unseren bisherigen Versuchen haben wir keine sichere
Wirkung am Elektroskop nachweisen k6nnen. Jedenfalls ist
der Effekt im darksten MaBe in dem Sinne polar, daB negative,
aber nicht positive Teilchen vom reagierenden Metal1 hergegeben werden. Der ,,Beaktionsstrom" hat also dasselbe
Vorzeicheii wie der lichtelektrische Strom.
4. Dieselben Erscheinungen beobachtet man, wenn man
eine Natriumscheibe mit einem Rasiermesser an isoliertem Griff
schabt, so da6 sie immer wieder stellenweise blank wird. Man
nimmt sie ferner wahr, wenn man eine Glas- oder Platinschale rnit Lithiumamalgam fiillt und die an der Oberflache
durch die Wirkung der Luft entstehende weiBe Haut von
Oxyd bzw. Hydroxyd mit Glas oder isoliertem Eisen wegstreicht. I n diesem Falle kann man die Beobachtung machen,
daB bei isoliertem, stark negativ geladenem Amalgam nach
dem Wegstreichen mit dem Messer eine kurze Zeit vergeht,
ehe die Oberflache matt wird. Ein gleicher Verzug zeigt sich
auch im Eintritt des elektrischen Effektes. Daraus sieht man,
daB es sich nicht um eiiie reibungselektrische Erregung handeln
Austrift negativer EleRtronen aus reagierenden Metallen. 413
kann, was auch aus der Vertauschbarkeit von Glas und Metal1
als Reibinstrument hervorgeht.
5. Die beschriebenen elektroskopischen Erscheinungen
treten auch dann ein, wenn man im vollkommen dunklen
Raume arbeitet und die zur Ablesung des Elektroskops erforderliche Beleuchtung erst einige Zeit nach dem letzten Abstreichen einschaltet, wenn keine lichtelektrisch empfindliche
blanke Oberflache mehr vorhanden ist.
6 . Nach dem Verfahren von E l s t e r und G e i t e l (1. c.)
wurde die bekannte Legierung von zwei Gewichtsteilen Kalium
und einem Gewichtsteil Natrium in einer Glaskugel erschmolzen,
die durch einen Hahn mit der Quecksilberpumpe in Verbindung stand. Von der Glaskugel fiihrte ein seitliches Rohr,
in welches ein Trichter hineingesetzt war, in ein weites zylindrisches Glasrohr, welches am Boden einen eingeschmolzenen
Platindraht und am Kopf eine mit Bernsteinisolation versehene
eingesiegelte Stricknadel trug. Das untere Ende der Nadel
war 11 cm von der Spitze des Platindrahtes entfernt. Die
geschmolzene Legierung lie6 man durch Neigen des GefaSes,
unter Zutritt von trockenem Wasserstoff durch den zuvor mit
der Pumpe verbundenen Hahn, in das zylindrische weite Glasrohr ubertreten. Dann wurde der Apparat aufgerichtet, eine
negative Spannung von ll00Volt an den in die Legierung
tauchenden Platindraht gelegt und die Stricknadel mit dem
Elektroskop verbunden. Die Legierung bildete eine Schicht
von 2cm Hohe mit blanker Oberflache. Beim Schutteln des
Gefa6es trat jetzt keine Ladung des Elektroskops auf. Nunmehr wurde der Wasserstoff ausgepumpt und Luft eingelassen.
Wiederum trat beim Schiitteln zunachst keine Veranderung
ein, aber es bildete sich auch nicht die weiBe Oxyd- bzw.
Hydroxyddecke, sondern eine schwarze , ruBartig erscheinende
Haut, die wohl als ein Gemenge fein verteilter Legierung mit
Oxyd- oder Superoxydpartikeln aufzufassen ist. Saugte man
diese Luftfullung ab, lieB feuchte Luft eintreten und wiederholte dies einige Male, so daB wenigstens ein wenig von einem
weiben Oxyd bzw. Hydroxyd in dem Reaktionsgefab zu sehen
war, so lie6 sich nunmehr der polare Effekt sehr gut erreichen.
Pumpte man jetzt die Luft wiederum aus und ersetzte sie
durch feuchten Wasserstoff, so verschwand er zwar nicht, nahm
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P.Habey
u. G. Just.
aber sehr stark ab. Zu dieser Beschreibung ist noch hinzuzufiigen, daB die in den Reaktionszylinder gelangenden Wasserdampfmengen naturgemaB immer sehr klein waren, da die
feuchten Qase zunachst durch die Kugel gingen, in welcher
die Legierung erschmolzen worden war, und dann durch das
verbindende Glasrohr strichen, durch welches die Legierung
in den Reaktionsraum hiniibergedriickt worden war. Da sowohl in dem Schmelzraum als in dem Verbindungsrohr Reste
der Legierung zuruckblieben, so ging der Wassergehalt der
feuchten Gase auf dem Wege in das ReaktionsgefaB naturgemaB zum erheblichen Teile verloren. Dem entsprach auch,
dab die auf der flussigen Legierung sichtbare Schicht, durch
welche das Metal1 beim Schutteln blank durchbrach, in dem
ganzen Experiment in der Hauptsache schwarz blieb. Immerhin geht aus dem Resultate deutlich hervor, daB das Wasser
bei dem Vorgaog eine wichtige Rolle spielt.
7. .Bei den bisher beschriebenen Versuchen wurde ein
elektrisches Feld verwendet, um die negativen Elektronen aus
dem Reaktionsgebiet wegzuziehen. Dies ist nicht unbedingt
erforderlich. Man nimmt die Legierung yon Kalium und
Natrium und bringt sie auf eine isolierte Glasschale oder auf
einen isolierten Holzteller und legt sie an das gut isolierte
eine Quadrantenpaar eines Spiegelelektrometers. Das andere
Quadrantenpaar wird geerdet. Streicht man nun die alsbald
entstehende weiBe Decke von Oxyd bzw. Hydroxyd mit einem
Glasstabe oder mit einem Rasiermesser am isolierten Griff
weg, so da6 blanke Legierung hervortritt, so entsteht entweder iiberhaupt kein Effekt oder die Wirkung ist doch
wenigstens so klein, da8 wir dariiber nichts Sicheres behaupten
mochten. Blast man aber wahrend des Abstreichens aus einer
Stahlflasche einen Strom trockener Luft uber die Legierung,
so ladet sich das Elektrometer rasch auf mehrere Volt positiv
auf. UnterlaBt man das Abstreichen, so veranlaBt der Luftstrom keine Veranderung. Der Luftstrom nimmt also offenbar die negativen Elektronen fort, die wir bei den fruher
beschriebenen Versuchen mittels des elektrischen Feldes aus
der Reaktionszone entfernten. Wir schlie6en aus dem Ergebnis, daB die Anfangsgeschwindigkeiten der Elektronen
klein Bind.
Austritt negativer Elektronen aus reagierenden Metallex.
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8. Aus den beschriebenen Versuchen ergibt sich, daB der
,,Reaktionseffekt" dem lichtelektrischen Effekt in vieler Hinsicht sehr ahnlich ist. Die hauptsachliche Abweichung liegt
darin, daB ohne die Hilfe eines Feldes oder eines Luftstromes
die Elektronen von der Entstehungsstelle bei dem Reaktionseffekt nicht zahlreich genug fortgehen, um eine deutliche positive Ladung des Metalles oder das Auftreten negativer Ladungen im Qasraum wahrnehmen zu konnen, wiihrend bei dem
lichtelektrischen Effekte die Anfangsgeschwindigkeiten grog
genug sind, um die entsprechenden Nachweise leicht zu ermoglichen. Die Ahnlichkeit .beider Effekt,e erscheint wohl begriindet , wenn man den lichtelektrischen Effekt als eine Zersprengung durch Resonanzschwingung, den Reaktionseffekt als
eine Zersprengung durch chemische Umsetzung ansieht. Nach
der chemischen Seite ist der Vorgang weiterer Untersuchung
bediirftig , die alsbald unternommen werden soll. Soviel sich
bis jetzt sehen liiBt, folgt er bei den unedelsten Metallen in
seiner Starke der Reihenfolge der Elektroaffinitiit, gerade wie
es E l s t e r und Q e i t e l vom lichtelektrischen Effekt behauptet
haben. Die Schwierigkeit bei dem Studium auBerordentlich
unedler Stoffe, wie Rubidium und Caesium , besteht vornehmlich darin, daB diese Metalle leicht Feuer fangen. Sobald das
aber eintritt, wird der Versuch fur die hier erorterten Verhaltnisse unbrauchbar, da mit der Feuererscheinung Ionenbildung,
Entstehung von Nebeln und somit mannigfaltige Storung verbunden ist. Die weitere Untersuchung wird auch auf weniger
unedle Metalle, den Reaktionsvorgang bei hSherer Temperatur,
die Rolle des Wasserdampfes und den Ersatz der feuchten
Luft durch andere angreifende Gase erstreckt werden.
Wir danken unserem Kollegen, Hrn. Privatdozenten Dr.
H e r m a n n Sieveking, da6 er uns durch seine freundliche
und sachkundige Hilfe bei den oft nicht ganz einfachen Versuchen ermoglicht hat, erheblich rascher als es sonst moglich
gewesen ware, Sicherheit uber die mitgeteilten Resultate zu
gewinnen.
(Eingegangen 9. August 1909.)
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