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Einige Beobachtungen ber den Durchgang der Electricitt durch Gase und Dmpfe.

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I<, Nutterer. Durclrgang der Electricitat durcii Guse.
663
IX. Einige Reobachtutqpia iiber dett Durchgang
d e r Electricitat durch Gase u n d Darnpfe;
uon K o n r a d N a t t e r e r .
(Aus deli Sitmngaber. d. kais. Acad. d. Wiss. in Wien, mathemaaturw.
Classe; Bd. 98. Abth. Ira., vom 21. Juni 1889; mitgetheilt vom Hrn. Veif.)
(Hlerzu Tot: V I I . )
.
Zu den im Folgenden skizzirten Versuclicn diente ein
kleiner R u hm k o r ff’scher Inductionsapparat, dcr durch zwei
C hromsauretauchelelnente mittlerer Grosse in Gang gesetzt
wurde. Durch oftmaligo Erneuerung der ChromsLurelosung
wurde der Inductionsstrom auf fast gleicher Stlrke erhalten ;
seine Schlagweite in freier Luft betrug 9-11 mm, d. h. bei
alimahlicliem Entfernen der Pole voneinander blieb der continuirliche E’unkenstrom bis 9 mm erhalten, bis 11 mm sprangen einzelne Funken in immer grosseren Zwischenpausen
iiber.
Jedes Gas und jeder Dampf wurde miudestens bei zwei
Drucken untersucht, namlich bei Atmospharendruck und bei
dem mit Hulfe der Wasserluftpumpe leicht herzustellenden
Drucke von 25 mm Quecksilborhohe. Bei Atmospharendruck
wurde Riicksicht genommen auf die Schlagweite der electrischen Entladungen und auf ihre Leuchtkraft. Rei den unter
verringertem Drucke stehenden Gasen und Dampfen wurde
ausser der Leuclitkraft der Gesammterscheinung die Ausdehnung des an der negativen Electrode auftretenden Glimmlichtes beobachtet.
A p p a r a t e fiir G a s e u n d D a m p f e u n t e r A t m o s p h a r e n druck.
Apparstt I diente zunachst zur Untersuchung von Gasen;
er besteht aus dem weiten Glasrohr u b , welches auf jeder
Seite durch einen doppelt durchbohrten Kautschuk- oder
Korkstopsel verschlossen wird, durch dessen eine Bohrung
das Zu-, resp. Ableitungsrohr fur den Gasstrom geht, wahrend sich in der anderen (centralen) Bohrung ein starker
Messingdraht hin und her bewegen lLsst, an dem der Poldraht (spitzer Platindraht) angelotliet ist, und der mit dem
l t u h m korff’schen Apprirate in leitender Verbindung stoht.
K. Nutter er .
664
+
Die Zeichen
und - zeigen bei den einzelnen Apparaten
die Stellen an, wo die Einschaltung in den Inductionsstrom
erfolgte. Bei Gasen, die Messing angreifen, war der Platinpoldraht an einen dunnen Rupferdraht angelijthet , welcher
in einer engen Glasrahre steckte, in deren einem, geschlossenen Ende der Poldraht knapp an der Lothstclle eingeschmolzen war (siehe Abbildung neben Apparat I). Sollte
der Apparat 1 fur Dampfe leichtfluchtiger Flussigkeiten verwendet werden, so wurde uber das Glasrohr ah ein Mantelrohr (weiteres Glnsrohr) geschoben , durch welches Wasserdampf strijmto.
A p p a r a t I1 diente fur hochsiedende Substanzen, deren
Dampfe beim Durchgange der Electricitat keine bleibende
Veranderung erleiden (z. B. Quecksilber). Die in der Kugel
des langen Rohres ( I befindliche Flussigkeit wurde zum KOchen gebracht und unter den unteren Theil des ein Luftbad
darstellenden Mantelrohres h (mitielst zweier Astbestringe an
a festgehalten) eine Flamine gestellt, sodass eine langere
Strecke des Rohres a nur mit Dampf der betreffenden Substanz erfullt war; der obere Theil des Rohres a wirkte als
Ruckflusskuhler. c ist wieder ein enges Glasrohr, in dem
ein dunner Kupferdraht mit unten angelothetem Platindraht
steckt, welch’ letzterer aus dem zugeschmolzenen unteren
Ende des Glasrohres herausragt; dieser cine Poldraht kann
beliebig vcrschoben oder durch eine Klammer festgehalten
werden. D e r andere Poldraht ist bei d eingeschmolzen; er
ist aussen zu einern Oehr zusammengebogen, urn den Electricitiitszuleitungsdraht leicht einhangen zu konnen.
A p p a r a t 111 wurde benutzt bei hochsiedenden Substanzen, deren Dampfe durch electrische Entladungen verandert werden, weshnlb fur eine stete Zufuhr frischer Dampfmengen Sorge getragen werden musste. Die Substanz wird
in den rechten birnformigen Theil des Apparates gebracht,
wo sie durch einen darunter gestellten Brenner beliebig rasch
verdalnpft werden kann ; das einem Reagenzglas iihnliche
Gefass (links unten) wird mit geschmolzenem Wallrath gefullt, der circa 30° uber den Siedepunkt der betreffenden
Substanz erhitzt wird; bei a denke man sich einen Liebig’schen Kuhler mit Vorlage angesetzt.
Dirrih7nn9 rler Electricittit diirch Gase.
665
A p p a r n t e fur G a s e u n d Diimpfe u n t e r v e r r i n g e r t e m
D r u c ke.
A p p a r a t I V diente zur Untersuchung von Gasen; bei
n wurde er mit dem Qasentwicklungsapparate oder mit dem
das betreffende Gas enthaltenden Gasometer, bei d rnit dem
Manometer und der Bunsen'schen Wasserluftpumpe verbunden; bci c befanden sick einige Tropfen einer Sperrflussigkeit (Quecksilber oder Schwefelsaure, manchmal, z. B. bei H,J,
eine concentrirte Phosphorsaurelosung); durcli Handhabung
des Glashahnes 1 konnte das Gas in dem die Poldrahte tragenden Rohrentheile beliebig oft erneuert werden ; der bei
manchen Gasen (z. B. bei HJ) beim Durchgange der Electricitat a n der inneren Glaswnnd um die Poldrtihte sich bildende, die Reobachtung stBrende Beschlag wurde durch zeitweiliges Erhitzen des senkrechten Rohrentheiles in die kalt
bleibenclen Theilc der RBhre verjagt.
A p p a r a t V wurde bei denjenigen Itohlenstofl'haltigen
Gasen benutzt, welche beim Durchgange der Electricitat an
der inneren Glaswand urn die Poldrahte eioen kohligeo Beschleg licfern (z. B. Acetylen). I m wesentlichen stimmt er
mit Apparat I V iiberein, nur ist auf eine leicht anszufuhrende Reinigung des etwas weiteren senkrechten Rohrentheiles Bedacht genommen. Nach jedem Versuche konnte
cler Beschlag an der inneren Glaswand mit Hulfe eines Holzstiitbchens weggewischt werden, sobald man das den oberen
(negativen) Poldraht tragende, helmartige, niit Siegellack aufgekittete Glasstiickchen e abgehoben hatte. Fur den niichsten
Versucli wurde dann ausserdem der obere D r a h t durch Ausgluhen von damn abgesetzter Kohle befreit und das helmartige Glasstuckchen wieder mit Siegellack aufgekittet. Apparat V wurde auch fur leichtfilichtige kohlenstoffhaltige
Flussigkeiten (z. B. Benzol) verwendet, in melchem Falle der
Riihrentheil zwischen u und b , wo sich der Dampf der betreffenden Flussigkeit unter Atmospharendruck befindet, durch
ein darum geschlangenes, yon Wasserdampf durchstromtes
dunnes Bleirohr erhitzt wurde.
A p p a r a t V I diente fur Flussigkeiten, deren Diimpfe
durc-h electrische Entladungen verandert werden (sowie Ap-
666
K. Nutter er.
parat 111). Die zu verdampfende Substrtnz kommt in die
Glaskugel; bei a sind einige Tropfen einer Sperrfliissigkeit,
bei h denke man sich Kuhler und Vorlage angesetzt, die mit
dem Manometer und der Wasserluftpumpe in Verbindung
etehen. Die Verdampfung der Substanz wird bewirkt durcli
ein unter den abgebildeten Apparat geatelltes geheiztes Sandbad (rundes, mit Sand bedecktes Blech).
Zu einigen orientirenden Versuchen mit Substanzen von
sehr hohem Siedepunkte (L. B. Cadmium) diente der A p p a r a t V I I (aus Kaliglas). Bei d war die Verbindung mit
Manometer und Wasserluftpuinpe hergestellt. Es wurde m6glichst weit (bis 18mm) evacuirt, dann die am Grunde der
Kugel a befindliche Substanz erhitzt, d. h. in 13, resp. c uberdestillirt und wahrenddem der Inductionsstrom durch den die
Kugel a erfullenden Dampf geleitet.
A p p a r a t VIIIa und A p p a r a t VIII/? dienten fur Substitnzen (x. €3. Quecksilber), deren Diimpfe durch electrische
Entladungen keine bleibende Verknderung erleiden. Die zugeschmolzenen Rohrentheile a b enthielten nur die betreffende
Substanz, was auf folgende Weise erreicht worden war: Bei
b waren die Rohrchen ursprunglicli nicht zugeschmolzen, sondern nur verengt (der punktirt gezeichnete Theil des Apparates VIIIp war noch nicht abgeschmolzen); die Substanz
wurde durch diese Verengung eingefuhrt, sodass sie bei a
zu liegen kam (das Rohr VIII/l denke man sich umgekehrt);
dann wurden die Rohrchen in einem Stativ schief eingespannt, bei c durch ein dunnes Bleirohr mit einer Quecksilberluftpumpe verbunden, der Luftdruck bis suf Bruchtheile
von Xillimetern verringert, durch einen Langsbrenner das
Stuck von u bis z u r Kugel zwischen h und c erhitzt, sodass
durch die theilweise Destillation der Substanz bei a die im
Rohrentheile a b noch vorhandene geringe Luftmenge verdrangt wurde; in dem Momente wurde das Riihrchen bei b
in der Stichflamme zusammenfallen gelassen, d. h. geschlossen
(beim Rohr V l I I p wurde dabei das punktirt gezeichnete
Stuck ganz abgeschmolzen). Indem nun ein solches Rohrchen
auf der Strecke ab in einem niit geschmolzenern Wallrath
gefullten Reagenzglasartigen Gefasse erhitzt wurde, konnte
je nach der Temperatur Dampf der betreffenden Substanz
Durchgang der Electricitat durch Case.
667
von jedem beliebigen Drucke erhalten werden. Der Vortheil des Rohrchens VIII,9 vor Itohrchen VIIIa besteht
darin, daw die Zuleitungsdrahte fur den Inductionsetrom durch
Glas und nicht blos, wie bei VlIIu, durch Wallrath voneinander
isolirt sind.
Specie11 fur Quecksilberdampf diente A p p a r a t IX. Eiu
Glasrohr war durch mehrfwhes Biegen und durch Ausziehen
(Verengen) Iiei c in die Form a b c d gebracht worden; durch
die Verengung bei c wurde soviel Quecksilber eingefullt, dass
es von a bis h reichte, woselbst es durch Auskochen von
Luft befreit wurde; das so vorbereitete Rohr wurde hierarif
in die in der Figur gezeichnete Lage gebracht und bei d
mit der Wasserluftpumpe verbunden; als der Luftdruck a u f
circa 20 mm verringert war - das Rohr wirkte gewissermassen als Manometer -, sank das Quecksilber von der
hochsten Stelle bei 1 (wegen des festen Haftens des ausgekocltten Quecksilbers an der Glaswand musste diese Stelle
vorher erhitzt werden); von 1 loste sich der Meniscus 2 ab,
der irnmer weiter nacli links ruckte, bis die Hohendifferenz
von 2 und 3 gleich 20 mrn war; jetzt wurde bei c mit der
8tichtlarnme das Glas zusammcnfallen gelassen und das Stuck
c d abgeschmolzen. Zwischen den Quecksilbermenisken 1 und 2
war also ein Vacuum. Nachdem das als Luftbad dienende
weite Qlasrohr ef dariibergeschoben und mit Asbestplatten
festgemacht war, wurde unter ef ein Langsbrenner gestellt,
wodurch man - bei den gewiihlten Dimensionen des Apparates - die Spannung dea Quecksilberdarnpfes allmahlicli bis
circa 30 mm steigern konnte.
A u s f u 11 r u n g d e r V e r su c h e.
Die mit dem eben beschriebenen Apparate angestellten Versuche wurden ziemlich roh ausgefiihrt und konnten
deshalb nur Naherungswerthe liefern.
Zur Vergleichung der Leuchtkrsft der electrischen
Lichterscheinungen in den vorschiedenen Gasen und Dampfen
wurde eine sehr primitive Methode angewandt: es wurde
einfach zugesehen, bis zu welcher Entfernung von der Lichterscheinung niun noch gewiihnlichen Buchdruck lescn konnte.
668
K. Nntterer.
Selbstverstandlich wurden die Versuche in einem verfinsterten Zimmer angestellt.
Zur Beohachtung der Schlagweite wurde der Inductionsstrom in dem unter Atmosphiirendruck stehenden Gase l) oder
Dampf zwi'schen stumpfen Platinspitzen iibergefuhrt , und
zwar in der A r t , dass die Spitzen einander rascli genahert
und sofort wieder rasch voneinander entfernt wurden, sodass
mm genau - in sehr kurzer
man - allerdings nur auf
Zeit die grijsstmijgliche Entfernung sowohl fur den continuirlichen Funkenstrom, als auch fur die intermittirenden Funken feststellen konnte. Die Platinspitzen befanden sich dabei
i n einem Glasrohr, und, indem durch dasselbe ein ziemlich
schneller Gas-, resp. Dampfstrom hindurchging, wurde noch
mehr verhindert, dass eine durch die ersten Funken bewirkte
bleibende Veranderung der Substanz zwischen den Platinspitzen die Schlagweite beeinflusste.
Unter verringertem Drucke (26 mm) zeigten die untersuchten Gase und Dampfe Andeutung einer Gesetzmassigkeit in Bezug auf die Ausdehnung des an der negativen
Electrode auftretenden Glimmlichtes. A19 Electroden dienten Platindrahte, die an ihren sich gegeniiberstehenden Enden
ganz kleine Platinkugeln trugen (Dicke des Platindrahtes
= 0,5 mm, Durchmesser der Platinkiigelchen = 1 mm); der
Abstnnd dieser Platinkiigelchen war immer 12 mm, die bedeutend langere negative Electrode war immer oberhalb der
positiven angebracht. In der entsprechenden Rubrik der
folgenden Tabellen ist die Drahtlange angegeben, fiber die
sich das Qlimmlicht erstreckte; es wurde dabei auch der Umfang des Platinkiigelchens als Drahtlange eingesetzt.
Die Gase wurden bei Zimmertemperatur untersucht, die
DLmpfe bei einer ca. 30° iiber dem Siedepunkte der betreffenden Substanz liegenden Temperatur. Eine schwer durchzufihrende Reduction der bei verschiedenen Temperaturen
erhaltenen Werthe auf eine einheitliche Temperatur fand
nicht statt; es sind also nicht alle im Folgenden angefuhrten Zahlen direct miteinander zu vergleichen.
In der einen der beiden folgenden Tabellen wurden vielleicht
vorgreifend den Resultaten - diejrnigen anorgs-_.
- 1) Die benutzten Oase waren nicht ganz trocken.
Dtirchgany der h'iectricilat durch Gase.
669
nischen Gase und Dampfe, welche gleich vie1 Atome im
Molecul enthalten , zusammengestellt und nach ihren Moleculargewichten angeordnet.
Die kohlenstoffhaltigen Gase und Dampfe wurden in
der zweite Tabelle vereinigt und nach ihren Moleculargewichten angeordnet. Sehr stijrend war lmi den Versuchen mit
den organischen Verbindungen die beim Durchgange der
Electricitat stattfindende Kohlenstoffabscheidung; bei jedem
einzelnen unter Atmospharendruck stehenden Gase oder
Dampfe nahm die Leuchtkraft bei Verringerung der Poldistanz proportionnl mit der Kohlenstoffabscheidung zu (wegen
des Wihendwerdens der f'esten Kohlenstofftheilchen): die
Differenz des bei jeder Substnnz angegebenen Maximums
und Minimums der Leuchtkraft gibt also einen Maassstah
fur die Stiirke der Kohlenstoffabschoidung ab.
-
D e r Quecksilberdampf, dessen Moleciil aus einem Atom
besteht verhielt sich beim Durchgange der Electricitilt
anders als alle in den Tabellen angefuhrten Gase und
Dampfe. Die Schlagweite war ungemein gross, sie betrug
beilaufig 20 cm; die Leuchtkraft war so gross, dass man
noch in einer Entfernung von 2 m lesen konnte; bei Verringerung der Spannung des Quecksilberdampfes blieb sich
diese Leuchtkraft so ziemlich gleich bis zum Drucke von
30 mm, bei noch geringeren Drucken nahm die Leuchtkraft
rasch ab. Glimmlicht tritt im Quecksilberdampfe, wie schon
A. S c h u s t e r bemerkt hat l), nicht nuf, vielmehr stromt die
Xlectricitat nur von einem oder mehreren Punkten der
negativcn Electrode aus, am liebsten von dort, wo sich flussiges Quecksilber befindet.
Nach einigen vorlaufigen Versuchen, bei denen damit
zu kampfen war, dass das Glas bei holier Temperatur fur
Electricitat lei tend wird , ist die Leuchtkraft electrischer
Entladungen in Cadmiumdampf , dessen Molccul ebenfalls
ails einem Atom hesteht, beilaufig ebenso gross wie im Quecksilberdampf, wahrend die Lichtentwickelung irn Dampf von
Kalium, Arsen, Phosphor und Schwefel gering ist (wenig
grijsser als in Stickstofl.
-___ .
1) A. S c h u s t e r . Reibl. 8. 1'. 835. 18A4.
K. Natterer.
670
In den Ta.bellen enthalt die erste Columne die Zusammensetzung des Bases oder Dampfes, die zweite unter z die Zahl
der Atome im Moleciil derselben, die dritte unter a das
Moleculargewicht. Die folgenden drei Columnen geben das
Verhalten unter Atmospharendruck D, die drei letzten unter
dem Druck d = 25 mm an. t ist die Temperatur in Graden
Celsius, s die Schlagweite in Millimetern, e die Entfernung
(in Centimetern), in der man lesen konnte, g die LBnge des
Glimmlichtes in Millimetern.
2
-
1) In dern unter Atmospharendruck stshenderi Sauerstoff nahm die
Lcuchtkraft mit Verringerung der Poldista.nz rasch a h Unter verringertern Druck gab das positive Licht ein continuirliehes Spectrum; dies und
die gcririge Leuchtkratt hangen vielleicht mit der Ozoubildung zusarnrnen.
2) Zur Beobachtung der I,eueht.kraft wurde selbstverstandlich die
electrische Lichterscheinurrg urimittelbar a n tler inneren Glaswazid des
Diitdcgany der Ekctricitiit durch Gasr.
67 1.
T a b e l l e 11.
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15
Aus dem Vorstehenden ergibt sich:
W e n n mun die Case und D a m p f e derart sondert, duss
dhjeni'ypn ~iisninweiilioninien,deren Molecule a m gleic h
aiel Atomen b~stehen,so ujindet man, dnss inneThalh einer solcheii
Reilie rnil ziinrhrtiendem Molecukuryeioichte die Schlngxeite der
der Electricitat u71d die Ausdelinuny des Gliminlichtes abnchmen,
71'flh1wd (lie L e u c h h aft ziinimmt.
Die Abweichungrn V O I ~
intmer
betreffenden Apparates hervorgcrufcn und so ein Hindurchgeheri der
Lichtstrahlen durch den farbigen Brom- oder Joddampf verniieden. Kach J. J. Thornsoti (Proc. Roy. SOC.Loudon 4% p. 343. 1887. Beibl.
l?. p. 82) wird der Bromdampf und noch mehr der Joddarnpf beim
Durchgangc der Electrieitiit theilweise dissociirt.
672
K. Natterer. Durchyary der Electricitat durch Guse.
dieser Regel diirften zusammenhangen mit beim Durchgange
der Electricitat sich zeigenden chemischen Eigenthumlichkeiten der betreffenden Substanzen (z. B. Ozonbildung bei
Sduerstoff , bleibende Dissociation bei Joddampf, leichte
Spaltung des HJ in J o d und Wasserstoff, grosse Bestandigkeit des CO, im Vergleiche zu H,O und N,O, Kohlenstoflabscheidung ). Die bei Atmospharendruclt beobachteten
Leuchtkrifte passen sich der obigen Regel meistens besser
an, a19 die bei verringertem Drucke beobachteten. Nacli
E. W i e d e m a n n , J. J. T h o i n s o n und A. S c h u s t e r ist
es wahrscheinlich, dsss beim Durchgange der Electricitat
durch Gnse und Darnpfe eine Dissociation der Molecule i n
ihre Atome eintritt, die in fast allen Fiillen sofort beim
Aufhoren des Electricitatsdurchganges wieder ruckgangig
gemacht wird oder zur Bildung neuartiger Molecule flihrt;
es scheint nun, dass die Leuchtkraft um so grosser, Schlagweita und Glimmlicht um so kleiner sind, j e leichter diese
Dissociation eintritt.
Ini Quecksilberdampji. (und wahrscheinlich auch im Cadrriiuindamp fe), desseii Molecule uus ,je einetn Atom bestehen, sind
Leuchtkraft uiid ScAki.yioeite ausnelitneiid yrosser , als in alleii
anderen untersuch/eri Casen urid Dumpfen.
Die beschriebenen, im Wiener chemischen Universitats.
laboratorium ausgefuhrtcn Versuche konnen selbstverstandlich nur v o r h f i g e n Werth h b c n , schon desshalb, weil wahrscheinlich Potentialdifferem und Spannung der sicli entladenden Electroden in den einzelnen Fallen verschieden
warm.
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