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Dielektrizittskonstanten einiger wriger Lsungen und ihre Deutung nach der Dipoltheorie von Debye. Mit einem Anhang Dielektrizittskonstanten einiger biologisch und technologisch interessanter Stoffe

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63
3. D l e Z e ~ ~ m ~ i ~ i t l 2 t s ~ &tiger
o s t a n t wU@dger
~
Lbsungm und i h r s Dewwng much der
D4poltheor.le von Debye.
Mit e i n e m A n hang: Dielektrisitlitekone~tanteneiniger biologiech
und technologiaoh inbrtursanter Stoffe);
vm
R e4a h o E d P49#t k.
1.
Ini Perlanfe einer Untersuchung iiber Dielektrizitiitskonstanten hiologisch und technologisch interessanter Stoffe, die icli
auf Verniilassung r o n Hrn. Rudolf Keller, Prag, unternommen
hatte, ergab sich unter andereni eine Reihe von GesetzmBBigkeiten betreffend die Bbhangigkeit der Dielektrizitiitskonstanten von (kristnlloiden und kolloiden) Liisungen von ihrer
Konzentmtion.
Da einerseits in tler Litern tur Ergebnisse
dieser Art bis jetzt nur sparlich vorliegen und anderseits sich
nus den Resultaten einige Hinweise auf die Konstitution der
untersuchten Dielektrikn, insbesondere im Hinbliclr auf die
Dipoltheorie \-on D c b y e , entnehmen lassen, sollen dieselben
im folgenden nach einer lrurzen Beschreibung dcr Vmuchsanordnung und -methodilr wiedergegeben werden. ER wirtl
dann \-ersucht, einc qualitative Erltliirung der beobnchteten
Erscheinnngen an Hand der D el) y e schen Theorie zu geben.
Die mitgeteilten Ergebnisse sind niir nls vorlaufigc! Orientierung anzusehen ; die Untcrsuchung sol1 in niichster Zeit somohl was die Auswahl cler Stoffe anlangt als such die Abhilngigkeit ihrer Dielelrtrizitiitslronstenten von Temporatur und Wellcnliinge, wesentlich ausgedehnt nnd eine genauere theoretischc
Fnndierung versuclit werden.
Die weiteren Resultate, die sich nicht auf Losungen hpziehen, aber mit dcrselben Versuchsanordnuiig erhalten murden, werden iin Anhange mitgeteilt. Die Auswahl dieser Stoff(,
ist von Hrn. K e l l e r getroffen worden, wobei vornehmlich
Liologische Gesichtspunkte leitend waren. Die Ergebnisse
scheinen hiologisch nicht ohne Interesse zu sein ; auf ihre Dis-
kussion inu13 ich als Nichtfachmann jedoch verzichten und
verweise auf die diesheziiglichen Publikntionen von Hrn.
I< el 1e r.1)
Es ist mir eiiie angenehnie Pflicht, Hrn. K e l l e r fiir seine
wertvolle Unterstuteung und Frl. cnnd. ined. N. W e i g n e r
fiir ihre Mithilfe Lei den Yprwchen nieinen besten Dank auseusprechm.
3 2.
Du Lei fast alleii uiitersuchten Sn1)stanzen die LeitfiihigBrit relativ groB war, konnte xur Messung der Dielektrixitiitslionstanten iiur pine niit sehr schnellen Schwingungen ilrlktende Methodp in Hetracht lrommen. Eine Reihe fehlgeschlagener Versuclie ergab schliei3lich, (la13 als einzig brauchbore
Methode nur die von D r u d e iibrig blieb und zwar, da iiniiier
nur verliiiltnismiil3ig sehr geringe Nengen von Substanz zur
Verfiignng standen, die sogeiiannte 2. Drudesche Methode2),
bei der die Kapazitiit eines niit der Substanz gefiillten kleinen
Kondensators durch Resonsnzbestiinninnfi an einem L e c h e r scheii Drahtsysteni gemessen wird.
Der verwendete Apparat war dein Drudeschen im wesentlichen nechgebildet : Die Wellenenergie wurde von einem lrleiiien
Teslatrnnsforniator geliefert, der primiir von einem Funkeninduktor gespeist wurde. Der letztere wurde mit Gleichstrom
twegt, der dnrch einm rotierenden Unterbrecher mit Qnecksilberlrontakt in variierbareni Tempo unterbrochen 1%urde.
Der Elondlotsche Erreger war etwas grol3rr dimensioniert
als der Drudesche, aber sonst ebenso gebaut: er lag samt dem
i h i ltonxentrisch umgebenden Koppelungskreis in Petroleum.
Die Distanz der Kugeln, sowie der Zufuhrungsdriihte zu denselben konnte inikrometrisch fein reguliert werden. Das P a r d leldrahtsystem bestand aus zwei Stahlrohrchen von 2,5 niin
Dicke nnd 48 cm LHnge im Abstande von 2 cm, die durcli eingeschobene Kupferdra hte posaunensrtig verliingert werden
lronnten. Die Enden dieser Verliingerungsdriihte fiihrteii
wie bei D r u d e au dein MeBkondensator, ihre Stallung ltonnte
init einein Zeiger an einer in niin geteilten filrala. abgelejen
werden. Der erde Knoten wurde, wie ul)lich, durch eine ulm.
1) R. Kel l er, Biochem. Zehchr. 116. S. 134. 1921; Kolloid. Zeitachr. 29. S. 194. 1921.
2) P. Drude, Ann. d. Phys. 61. S. 406. 1697.
Dielektrizifafskonsfanten emnniger w a b g e r Losun p
i
usw.
65
die Rohrchen gelegte geerdete Drahtbrucke festgelegt. Die
Reuonanz wurde an dem maximalen Aufleuchten einer iiber
das Drahtsystem an der Stelle des ersten Bauches gdegten
Heliumrohre erkannt.
Die Wellenlange blieb bei allen Messungen bis auf kleiiie
Schwankungen konstant und betrug in Luft ca. 76 cm.
Die Meilkondensatoren hatten die Form der Fig. 1 (natiirliche GroBe, die Elektroden bestanden aus Gtahldriihten von
0,7 mm Starke, die durch den HartgummiverschluB des Rohrchens hindurchtraten und
mit ihren Enden in zwei kleine Quecksilbernapfchen eintauchten, die mit den Enden der
verschiebbaren KupferdrLhte in Verbindung
standen. Es kamen je nach der untersuchten
Substanz Kondensatoren mit verschiedenem
Abstand der Elektroden und daher verschieFig. I .
dener Kapazitat in Verwendung. Diese Form
der Kondensatorgefaile hatte den Vorteil, bei sehr kleinem
Volumen ein sehr rasches Wechseln der Substanzen zu ermoglichen, selbst wenn sich dieselben irn zahflussigen Zustandc
befanden, ohne eine Verschiebung oder Verbiegung der Elektroden befurchten zu mussen.
p 3.
Die Eichung des Apparates erfolgte stets durch Fiillung
des Kondensators mit einer Anaahl von Flussigkeiten bekannter Dielektrizitatskonstanten und zwar stets vor und nacli
Anstellung einer Meilreihe fur eine groBere Anzahl von Punkten, d n es sich herausstellte, daB durch geringfugige Verschiebungen an der Fnnkenstrecke des Erregers und an der Stellung
der Brucke oder Rohre, sowie durch Anderung der Stromstkrke im Primiirstrom und seiner Wechselzahl, die Eichung
4ch nicht unwesentlich veranderte, was auf Anderung der
Wellenlange und der KnoBen zuruckzufuhren ist.
Als Eichfliissigkeiten dienten, fiir hohe Dielektrizitatskonstanten Mischungen von Wasser und At hylalkohol, nach
den Messungen von N e r n s t und T e r e s c h i n und fur niedere
Dielektrizitatskonstanten Mischungen von Benzol und bthS.1ralkohol nech Coolidge'), welche Mischungen fast genau die
1 ) W. N e rns t ,Ztschr. f. phys. Chem. 14. S. 622. 1894; Te resc hi n ,Ann.
(1. Phys. 38. S. 801. 1889; W. D. Coolidge, Ann. d. Phgs. 69. S. 160. 1890.
Annalcn der Phjdk IV. Folge. 70.
5
R. Fiirth.
66
Silbersteinsche Mischregel l) (nach Volumprozenten der Komponenten) bef olgen.
Bei der Messung von Flussigkeiten wurde der Kondensator vollig mit der Substanz gefiillt; handelte es sich dabei
urn gelatinose Korper, die bei grol3en Konzentrationen aul3erordentlich zah sind, so wurden sie in heiBem Zustand in den
Kondensator gefullt, in dem man sie erstarren liel3.
Substanzen von schmieriger Struktur lieBen sich ebenfslle durch volliges Anfullen des Flaschchens mit derselben
und iiachheriges Einpressen der Elektroden und des Vergchlusses untersuchen.
Feste Korper wurden moglichst fein pulverisiert und nach
der Starkeschen Methode so untersucht, daS sie gleichzeitig
mit einer entsprechenden Eichfliissigkeit in den Kondensator
gelangten, und die letztere so lange verandert wurde, his die
Kapazitat bei dieser Fiillung die gleiche war, wie bei Fiillung
mit der Eichfliissigkeit allein.
Da nach D r u d e die Leitfahigkeit der Substanz ebenfalls
Pinen EinfluS auf die Resonanzstellung hat, mu13 diese im allgemeinen berucksichtigt werden. Eigens zu diesem Zweclie
angestellte Versuche mit verdunnter Salzsaure bis zu 1/2u norinaler Konzentration ergaben, da13 bis zu dieser Konzentration die Resonanzstellung von der Leitfiihigkeit praktisch unabhtingig ist. Da alle untersuchten Substanzen eine wesentlich kleinere Leitfahigkeit besaBen, braucht man sich um diese
also nicht zu kummern. Dafiir spricht iibrigens das bei allen
Versuchen fast unverandert gute Leuchten der Heliumrohre,
was nach D r u d e ein Anzeichen von sehr schwacher Absorption
der elektrischen Wellen ist.
Jede Messung wurde infolge des ziemlich grol3en Fehlerb
beim Einstellen auf maximales Leuchten der Rohre sehr oft,
in der Regel 40 ma1 gemacht und daraus das Mittel genornmeii.
Ebenso oft erfolgte bei jedem Versuche die Eichung an etnn
10 Punkten.
Die Temperatur betrug bei nllen Messungen etwa 20° C'.
s 4-
Ich gebe nun zunachst die Resultate der Beobachtungea
on waBrigen Losungen. Die Konzentration ist dabei durch1)
L. Si l be r s te in , Ann. d. P h y . 56. 8. 661. 1895.
Dielektrizitatskolzstanten einiger waprdger Losungen usw.
67
wegs in Gewichtsprozenten der gelosten Substanz bezogen
auf das Gewicht der Losung ausgedruckt.
Bei der MeSreihe Nr. 1 gebe ich das Protokoll in extenso
aieder, bei den folgenden MeBreihen sind nur die 8chluSresultute angegeben. Es bedeutet dabei 1 die suf dem MaBstab
des Apparates abgelesene Lange, gemessen von einem willkurlichen Anfangspunkt.
Nr. 1. D e x t r o s e ( T r s u b e n z u c k e r ) .
(Es wurden zwei MeBreihen rnit verschiedenen Kondensatoren und etwas verschiedener Wellenlange angestellt. Jedesma1 wurde mit Alkohol-Wassermischungen geeicht und aus
den Eichkurven die Dielektrizitatskonstltnten bestimmt. Die
1 sind Mittel aus je 20 Messungen.)
Nel3reihe I.
Messung
Eichung
E
9,7 1
9,59
1 1,04
12,17
13,47
14,21
15.02
l7,%
0
20
40
60
80
100
1:cnzol
80,5
68,5
57,7
46,s
35,s
26,O
2,3
Gew. O I a
Dextrose
9J
16,6
33,l
28,6
33,3
11,13
12,28
12.63
13;03
13,96
68
87
52.5
4838,s
Messung
Vol. OJ0 I
Alkohol
I
0
20
40
(50
I
0,22
8,77
10,92
11,96
12.77
80,s
68,s
57,l
46.5
9,1
16,6
23.1
28;s
33,3
.10,47
71,s
62,O
47,O
38.5
11,58
12,90
13,44
13.47
38,O
DUU iioch eine spatere Messung mit Eichung von Nr. 10 an
Dextroseloaiing init 44,4 Pros. Dextrose.
5*
R. Furth.
68
Mi t t e 1w e r t,t.
Gew. ol0
Dextrose
23,l
28.6
33,3
59,s
49,5
44.0
38,O
26,O
I
41,4
Fig. 2.
Nr. 2. D e x t r o s e ( T r a u b e n z u c k e r ) fest.
& = 2,2 & 0,2
Nr. 3. L a v u l o s e ( K a h l b a u m , a u s Inulin).
100
m
80
Bew. oj0
Livulose
1
bo
50
W
23,l
30
28,6
33,3
37,5
20,
34,s
&
M -
\
e z .
0
m m a
(o
9 60
Fia. 3.
70
9
w
90
nv
Dielektrizitatslunzstanten eiiziger uxipriger Losungen usu’.
69
Nr. 4. L i i v u l o s e (das g l e i c h e P r a p a r a t w i e b e i Nr. 3) f e s t .
& = 2,2
0,2
*
Nr. 5. R o h r z u c k e r .
Gew. ya
Zucker
0,o
10
20
30
40
50
(10
e
80,6
79.5
74
67
60
49
39
Carbarnid
100
0,O
0.99
1.96
2,91
3,84
4,56
9J
16,6
23,l
28,6
33,3
37.5
44.8 (ges.)
-
80,5
80,3
80,O
82,2
83,l
85,O
85,7
87,5
88,6
88,8
90,5
90,9
91 ,O
90
80
700 10
20 30 LO SO 60 70 do 9D MO
Fig. 5.
R. Iisiirth.
70
Nr. 8. C a r b a r n i d feut.
E = 3,ri
Nr. 9. G l y k o k o l l (Mercli).
(42.
Gew. Ofo
Glykok.
80,s
0,o
84
84
89,5
0,05
0,lO
0,25
0,60
0,75
60,2
81.0
77,2
74,8
72,5
1.0
145
2,O
66
5,0
10,o
57,s
47 .R
38,R
20,o
30,O
Gew.
'J/"
Cfelatine
0,O
1,9
48
3,s
697
9,1
9J
13,O
16,6
16,6
30,o
50,O
100,o
Fig. 7.
6
80,6
74.0
07;5
00,O
60,O
61,O
W O
68,O
63,O
51,5
48,O
44,O
5.6 (eiehs Nr. 13) 0'
ID
20 30 40 50 60 70 80 90 I00
Fig.
5.
Dieklct~izitatskonstante~~
einiyer waprdyee,*Losuuge?i ?LW.
71
11..
13. G e l a t i n e (dasselbe P r a p a r a t wie Nr. 12) test,.
E = 5,6 3 0,2
Nr. 14. A l b u m i n ( K a h l b a u m , a u s Ei).
Gew.
Albumin
40,6
67,6
0,85
3,75
52,2
45.0
32,8
0'
I0
20 30 10 50 60 70 # 90 100
Fig. 9.
S r . 15. A l b u m i n (classelbe P r i i p n r a t wie Nr. 14) fest.
E = 16,3 & 0,2
p
5.
Die Debyesche Theorie der Dielektrika') beruht bekanntlich anf der Annahme, da13 sich in den Molekiilen der dielektrischen Substanzen feste Dipole vorfinden. Rringt man ein
solches Dielektrikum in ein homogenes Feld, so richten sich
die Dipole unter dem EinfluB der Feldkrafte, die zum Teil
LUS tler Feldstarke des iiul3eren Feldes, zum Teil aus den ron
den Dipolen selbst hervorgerufenen Feldkriiften des inneren
Feldes hestehen. Diesem Richtbestreben setat sich nun die
Warmebewegung der Dipolmolekule entgegen, die den wahrscheinlichsten Zustand, d. h. den Zustand hersustellen sucht,
bei den1 die Achsen der Dipole nach allen Richtungen gleichmal3ig verteilt sind. Diese beiden Umstande geben nun eiit
statistisches Gleichgewicht, namlich eine Polarisation des Dielektriknms, das bestimmt sein wird durch die Zahl und das
Moment der Dipole, sowie durch die Intensitat der Riirmebewegung und die Starke des iiuBeren Feldes. Da. fur iiicht zu
starke Felder eine der Feldstarke proportionnle Polarisation
1) P. Debye, Phy*. Ztschr. 18. S. 97. 1912.
R. Fiirth.
72
herauskonimt, ergibt sich ein definierter Wert der DielektrizitBtskonstanten.
Diese Theorie laBt sich nun zunachst blo13 auf die ,,statische" Dielektrizitatskonstante, bei konstantem auBerem Felde
anwenden. Wird aber, wie es gewohnlich und auch in diesem
speziellen Fall geschieht , bei der Bestimmung dieser GroBe
kein konstantes, sondern ein Wechselfeld angewendet, so mu13
die Theorie moditiziert werden durch Beriicksichtigung des Umstandes, daB das Feld den Dipolen eine Schwingung bestimmter
Frequenz aufzuzwingen sucht, was die inneren Reibungskrafte
iind die Warmebewegung zu verhindern streben.
D e b y e hat eine Theorie der Dielektrika im Wechselfeld
unter diesen Voraussetzungen aufgestelltl) und kommt dabei
zu einem Ausdruok fur die Dielektrizitatskonstante, der sich
aber nunmehr als Funktion der Viskositiit des Mediums untl
der Schwingungsfrequenz des Wechselfeldes darstellt, d. 11.
wir erhalten eine Dispersion im Gebiete der langen elektrischen
Wellen, wie sie fur viele Korper j a tatsachlich beobachtet wird.
Was die Abhangigkeit von der Frequenz anlangt, ergibt
die Theorie im wesentlichen, wie am Beispiel des Wassers naher
ausgefuhrt wird, eine Abnahme der Dielektrizitatskonstanten
mit wachsender Frequenz (also anomale Dispersion), im Gehiete der langen Wellen, was, wie man leicht sieht, aus der
oben angenommenen Beeinflussung durch die Zahigkeit hervorgerufen wird, da bei immer gro13er werdender Frequenz
die Dipole den Feldschwingungen immer schwerer zu folgen
vermogen und daher ihre Amplitude immer mehr abnimmt.
iind damit die Polarisation.
Hier kommt es uns aber nicht wie bei D e b y e nuf die d b hlngigkeit der Dielektrizitatskonstant en von der Frequenz
an, sondern von der Kbnzentratioii bei waI3rigen Losungen,
und da konnen wir nun, zunachst rein qualitativ, sofort folgende Schlusse aus der Theorie ziehen.
Verfolgen wir einmal den Vorgang der Bewegung der Dipole
bei allmahlicher VergroBerung der Konzentration der Losung.
Nehmen wir zunachst an, daJ3 das Dipolmoment der gelosten
Substanz, bezogen auf die Gewichtseinheit derselben, groher
sei als fur das Losungsmittel. Es wird dann eine Erhohung
der Konzentration zunachst eine Erhohung der Dielektrizitats1)
P. Dcljye, Verh. d. D. PhyR. Ges. 15. S. 777. 191%
konstanten der Losung bew-irken mussen. Nun wachst aber
im allgemeinen auch die Zahigkeit der Losung mit wachsender
Konzentration, und zwar um so starker (nach Arrhenius')
exponentiell), je groBer die Konzentration ist. Dies bewirkt
eine Verkleinerung der Dielektrizitatskonstanten. Beide Umstande susammen werden also zunachst ein schnelles und dann
langsames Ansteigen der Dielektrizitatskonstanten mit der
Konzentration ergeben, bis zu einem Maximum, worauf da.nn
ein immer steiler werdendes Sinken einsetzt. Je naoh der
Starke der Dipolmomente und nach der GroBe der Reibung
uird nun die Lage des Maximums wechseln.
Fallt das Maximum ins negative Gebiet der Konzentration,
oder auf die Konzentration Null, so erhalten wir eine absteigende Kurve (Typus I), fallt es jenseits der Siittigung, so erhalten wir eine aufsteigende Kurve (Typus 11),fallt es ins erreichbare Gebiet, dann erhalten wir eine Kurve mit einem
Maximum (Typus 111).
1st das Dipolmoment der gelosten Substanz kleiner als
das des Losungsmitkels, so wird die Kurve unter allen Umstanden abfallen (Typus I).
Wir sehen nun in der Tat alle drei Typen a n den von uns
untersuchten Substanzen realisiert, und zwar Type I an den
Zuckererten, Type I1 an Glykokoll und Carbamid, Type I11
an Saccharin.
Wir sehen ferner, da13 beim Rohrsuoker, dessen Molekul
sich j a aus j e einem Molekul Dextrose und Liivulose zusammensetzt, und der daher wahrscheinlich ein hoheres Dipolmoment
besitst, als seine Komponenten, der obigen Entwicklung entsprechend, der Abfall der Dielektrizitatskonstanten mit wachsender Konzentration langsamer erfolgt als fur seine Bestandteile.
Wird die Zahigkeit sehr groB, so konnen wir Debyes2)
Formel (18) nach Potensen von E entwickeln und erhalten fur
genugend lange Wellen und groBe Viskositiit anniihernd die
Formel
a
t;2 = &'3
x + p
1) 8. Arrhenius, Ztschr. f.
2) P. Debye, 1. c. S. 791.
phys. Chem. 1. S. 285. 1897
74
R . Fiirtk.
worin E , die Dielektrizitatslronstante fiir langsame Schwingnngen
und p die Reibungskrsft bedeutet. Das ist eine Abhangigkeit
tles P yon der Tisliositiit, von der Gestalt der Fig. 10.
Fig. 10.
Das stininit nun aber sehr gut iiberein mit unseren Resultaten an lrolloiden Stoffen nach Art der Gelatine- und Albuminlosungen, die ja bekanntlich eine sehr starke Erhohung der
Zahigkeit rnit wachsender Konzentration aufweisen. Da sich
weiter bei diesen Substanzen die Zahigkeit sehr stark mit der
Temperatur iindert, ist zu erwarten, dal3 man hier eine sehr ahnormale Temperaturabhangigkeit der Dielektrizitatskonstanten
erhalten wird. Versuche in dieser Richtung sind bis jetzt noch
nicht aiigestellt worden, sind aber in Vorbereitung.
Wir bemerken ferner, dal3 ini allgemeinen bei kristalloiden
Losungen die Dielektrizitatskonstanten der festen Substana
eine singulare Stellung einnimmt, und daB die Dielektrizitht4konstanten der Losung keineswegs gegen die Dielektrizitiitslconstanten der festen Korper hinzielt, wahrend bei den kolloiden Substanzen scheinbar ein kontinuierlicher Ubergang
yon der Losung zur festen Substanz existiert. Auch das stcht
mit den obigen Uberlegungen in gutem Einklang. Denn bei
kristallisierenden Substanzen ist der Zustand des festen Kristalls mit dem der Losung gar nicht zu vergleichen, da im festen
Korper die Dipole in regelmal3igen Git tern angeordnet sind,
nnd daher Krafte ganz anderer Art snfeinander nusiiben, als
Dielektrixitatskonstanten einiger waigrigey Losungen usic.
75
in der Losung, wo sie ungeordnet sind, miihrencl bei eineni
kolloiden Korper alle moglichen Ubergiinge zwischen fest nnd
fliissig existieren und das Gel ganz allmahlich in das Sol iibergeht. Damit hangt jedenfalls auch die Tatsache der beschranktm Loslichkeit der kristalloiden Stoffe zusammen.
Man hat fur die Dielektrizitatskonstanten von &!hehungen
und Losungen eine Reihe von Mischformeln aufgestelltl), die
sich bei manchen Substanzen recht gut, bei manchen schlecht
oder gar nicht bewahrt haben. Alle diese Formeln gehen voii
dw Voraussetzung Bus, daB die gemischten oder gelosten Korper eine definierte ,,eigene Dielektrizitatslronstante" haben
und daB sie dielektrisch sich gegenseitig nicht beeinflussen.
Das wird nun aber nach unserer obigen Auffassung jedenfslls
hloB vereinzelt der Fall sein, im allgemeinen mussen wir uns
vorstellen, daB die Dipole der beiden Substanzen sich gegenseitig bei ihren Bewegungen beeinflussen und daher der Verlauf der Abhangigkeit ein wesentlich anderer sein wird, als
nach jener primitiven Annahme. Man muB daher bei Abweichungen von der Mischregel keineswegs, wie mittinter angenommen wurde. an eine gegenseitige chemische Beeinflussung der gelosten Substanzen denlien.
Verfehlt scheint es insbesondere nach dem Obigen, aus
der gemessenen Dielektrizitatskonstante einer Losung uncl
des Losungsmittels nach einer der Mischformeln die ,,Dielelrtrizitatskonstante der gelosten Substanz" ausaurechnen.2) I n
der Tat erhalt man so Werte, die von der Dielektrizitatskonstante der festen Substanz vollig verschieden sind, im allgenieinen abnorm hohe, und zwar nach den verschiedenen MischrcJgeln verschiedene Werte, die noch dazu gar nicht konstant
sind, sondern sich mit der Konzentration andern. Nach unseren oben entwickelten Anschauungen hat es gar keinen Sinn,
yon der Dielektriaitatskonstante der gelosten Substanz in1
Zustande der Losung zu sprechen, da die Dielektrizitatskonstante der Losung durch eine ganze Anzahl von Umstandm
bestimmt wird, die einer Wechselwirkung der Molekule der
beiden Komponenten zuzuschreiben sind. Ich hoffe, in n8chster Zeit eine genauere Theorie der Dielelitrizitiitskonstanten
1) U.a. J.C. P h i l i p , Ztsohr. f. phys. Chem. 1s. 8. 18. 1897; L. S i i b e r s t e i n , 1. c
2) H. W a l d e n , Bull. Petersbnrg, 1912. S. 306, 1055.
76
R . Furth.
von Losungen auf Grund der hier entwickelten Anschauungen
geben zu konnen.
SchlieBlich scheint auch das Verhalten von Elektrolyten
niit diesen Voraussetzungen in gutem Einklang zu sein.1)
D r u d e hat gefunden, daB Salzlosungen geringer Konzentration
(lie Dielektrizitatskonstante des Wassers nicht merklich beeinflussen, bei stsrken Konzentrationen dieselbe dagegen erhohen. Damit im FJinklang stehen die bereits erwahnten
eigenen Messungen an verdunnten Losungen von Salzsaure,
normal die Dielektridie bis zu Konzentrationcn von ca.
xiliitskonstante des Wassers nicht wesentlich beeinfliiBte.
Auch N e r n s t hat mit seiner Methode an verschiedenen Elektrolyten bei schwachen Konzentrationen nur unwesentliche
Erhohungen der Dielektrizitatskonstanten des Wassers erhelten. Hiergegen zeigen die Messungen von S m a l e nach
der Elektrometermethode eine rtuffallend starke. Erhohung
der DielektrizitBtskonstanten schon bei sehr kleinen Konzentrationen, wahrend de F o r e s t P a l m e r nach einer iihnlichen Methode ebenfalls bis zu recht groBen Konzentrationen
an verschiedenen Elektrolytlosungen keinen Unterschied gegeniiber der Dielektrizitatskonstante des reinen Wassers findet.
Die Ursache dieser Divergenz erscheint zweifelhaft. Jedenfalls ist den Methoden mit sehr raschen Schwingungen (Drude)
clas groBere Gewicht beizulegen.
Nun ist bei schwachen Konzentrationen der groBte Teil
der Elektrolytmolekule dissoziiert. Nach den heutigen Ansichten uber den Bau der Atome und Ionen mussen wir uns
nun vorstellen, da13 ein Elektrolytion im allgemeinen eine
sehr symmetrische Gestalt besitzt und daher ein sehr kleines
Dipolmoment aufweist. Es wird also durch diese Ionen die
Dielektrizitatskonstante des Wassers nur sehr wenig beeinfluBt werden.
Bei steigender Konzentration geht nun aber die Dissoziation immer mehr zuruck und es bilden sich immer mehr i n dissozierte Molekiile, die aus Ionen mit entgegengesetzten
Ladungen bestehen, also wahrscheinlich starke Dipole sind.
Rs muS also bei hoheren Konxentrationen die Dielektrizittits1) P. Drude, 1. c.; W. Nernet, Ann. d. Phye.60. S. 612. 1897; F. J.
S m a l e , Ann. d. Phye. 60. S. 625. 1897; A. de Forest-Palmer I r . , Phys.
Rev. 14. S. 38. 1902.
Dielektrizitatskonstanten e i n i y e r w a p r i g e y Losunyen uszu.
77
konstante ansteigen. Dafiir sprechen auch die Beobnchtungen
von Walden'), der nach der Drudeschen Methode gefunden
hat, daB in schwitch dissoziierenden Losungsmitteln Elektrolyte
betriichtliche Erhohung der Dielektrizitatskonstante bewirken.
Er bemerkt ferner, daB von den untersuchten Haloidsalsen die biniiren weit weniger wirksam waren als die terniiren,
was sich unseren Anschauungen zwanglos einordnet, da aller
Wehrscheinlichkeit nach das Dipolmoment von Ca J, beispielsweise wesentlich kleiner eein wird, als das von Nn J, weil
in ersterem swei symmetrisch gebundene negative Ladungen
enthalten sind, im letzteren dagegen nur eine.
Auch diese GesetsmiiBigkeiten sollen in der Folge niiher
iintersuclit werden.
An h e ng.
Dlelektriaitlitskonetanten einiger biologieoh und teohnologieoh
intereeesnter Btoffe.')
-4.K o l l o i d e F a r b s t o f f e i n f e s t e r Form.
Nr. 16. N a c h t b l a u
& = 4,4
0,2
Nr. 17. K o n g o r o t
E = 20,O f 0,3
Nr. 18. M e t h y l e n b l a u
E = 18,l f 0,2
Nr. 19. D r u c k e r s c h w a r ze (We r k d r u c k f a r b e)
E = 14,5
0,2
*
B. P a p i e r s o r t e n .
Nr. 20. P a p i e r u n g e l e i n i t
P = 3,4 & 0,2
Nr. 21. P a p i e r g e l e i m t
E = 4,2 f
.0,2
C. E i n i g e biologisch w i c h t i g e S u b s t n n z e n .
Nr. 22. S t i i r k e
E = 11,6 & 0,2
1) H. Walden, 1. c.
2) Die niihere Diskussion dieeer Ergebnisse wird von H. R. Keller
demngohst an anderer Stelle gegeben werden.
78
R. Fiirtli.
Xr. 23. D e x t r i n ( K a h l b n u m )
& = s,o f 0,2
Xr. 24. Casein (techn. I<rthlbttum)
& = 8,O
@,2
*
S r . 24. HSimoglobin (Kahlbntum)
E = 14,2 f @,2
Sr. 26. C h o l e s t e r i n (Braun’l
i = 5,4 f 0,2
Nr. 27. L e c i t h i n ( K a h l b n u m , a u s E i g e l b )
E = 13,O & 0,5
Nr. 28. L e c i t h i n (das gleiche PraparRt) i n W a s s e r e m n l g i e i t
0,075
Sr. 29. P e p s i n i n W a s s e r gelost,
Nr. 30. T r y p s i n i n Wnsser g e l a s t
TJ----K
0.25
O,.i
D. R l u t uncl S e r n m .
S r . 31. Mcnechliches B l u t (vor dom Gerinnen)
E = 85,5 & 0,5
Nr. 32. Mcnachliches B!ut,serum
(nach Zentrifugieren von Nr. 31)
& = H5,5 5 0,s
Dielelilrixitdfskoltstanten einiger wiihiget L o s w i g e n usw.
79
Nr. 33. Menschlicher R l u t k u c h s n
(der beim Zentrifugieren von Nr. 31 gebliebene feste Bodensatz nach vollstandigem Trocknen und Pulverisieren)
= a4,o
i,o
Nr. 34. Vergleich von menschlichern B l u t u n d Serum.
Blut von einem anderen Individuum wurde auf dieselbe Weise
behandelt wie Nr. 31 bis 33 und ergab identische Dielektrizitiitskonstante, woraus folgt, daB auch fur dieses Individuum Blut,
Serum undBlutkuchen die gleiche Dielebtrizitiitskonstante haben.
Nr. 35. Pferdeserum
E
85,O J
0,5i
=;
Nr. 36. Diphterieheilseruni.
Ergab bei Vergleichung mit Nr. 35 identische Dielektrixitiitskonsta,nten innerhalb der Fehlergrenzen.
Nr. 37. Meerschw einc h en Rerum
E = 85,2
0,5
Nr.38. Ringersche Losungund Nr.39. Tyrodesche Losung.
Xwei Losungen, die die gleiche Ionenkonzentration haben
\vie normnles Blut, zeigten innerhalb der Fehlergrenzen keinen
Unterschied ihrer Dielektrizitatskonstanten gegen Wa8ser,
woraus hervorgeht, daI3 bei den vorstehenden Messungen der
Elektrolytgehalt keine Rolle spielen kann.
\us Nr. 31 bis 37 geht hervor, daB Blut, Serum und Blutkuchon bei Mensch und anderen Saugetieren die gleiche Dielektrizitiitskonstante 85,5 haben.
Nr. 40. I n a k t i v i e r t e Sera (Mensch).
Nine Partie des Serums blieb ungeandert (a), eine zweite wurde
eine halbe Stunde lang auf 50° C erhitzt (b), eine dritte eine
halbe Stunde lang geschuttelt (e).
a e =85,5 f 1,0
b - . E = 83,3 f 1,0
c . * . E = 81,t) & 1,0
- -
Nr. 41. I n a k t i vi er t e S era (M e er s c h w ei n c h en).
Dns Serum von Nr. 37 wurde in gleicher Weise behandelt wie
bei Nr. 40.
80
R. Fiirth. Dielektkdatskonstonten
ww.
= 8 5 3 f0,s
= 82,8 f0,5
c
*
E = 82,s f 0,5
Also iibereinstimmend mit Nr. 40.
Nr. 42. F r a k t i o n e n d e s m e n s c h l i c h e n S e r u m s .
Das Serum wurde in iiblicher M'eise mit Ammoniumsulfat in
die ,,Albuminfraktion" und die ,,Globulinfraktion" gespalten.
Normel
*
*
E = 85,5 f 1,0
E = 82,4 f 1,0
Albuminfraktion
E = 85,2
1,0
Globulinfraktion .
a
b
E
*
*
-
*
- -
*
-
E
-
-
'
E. T i e r i s c h e n n d p f l a n z l i c h e G e w e b s s u b s t a n z e n u n d
S e k r e t e.
Nr. 43. M e n s c h l i c h e r H a r n
E = 82,8 f 0,2
Nr. 44. Menschliche Milch
& = 75 f 2,oNr. 45. K u h m i l c h u n d - S a h n e
Milch
. . . . . . E = 66 2,O
Sahne . . . . . . . E = 63 f 2,O
Nr. 46. EiweiB uncl E i g e I b (Huhnerei)
Eiw&B. . . . . . . E = 68,O f 1,0
Eigelb . . . . . . . E = 60,O & 2,O
Nr. 47. M e n s c h l i c h e r S p e i c h e l
E =; 85,5 f 1,0
Nr. 48. F r o s c h m u s k el s u b s t 8 n z
& = 83 & 2,o
Nr. 49. G e h i r n s u b s t a n s (Mensch)
*
E = 85,O f 1,0
Graue Substanz
WeiSe Substanz
*
E = 90,o f 2,o
Nr. 50. N e r v u s o p t i c u s (vom Rind)
E = 89 f 1,0
Nr. 51. G e w e b s s u b s t s n z g r i i n e r B l i i t t e r
E = 83 & 2,0
Prag, Phys. Institut der deutschen Universitilt.
-
(Eingegangen 22. August 1922.)
Druok r o n Yetzger & Wittig in Lelpzlp.
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