Weitere Versuche mit einem neuer Registerpyrometer zum Messen der Ausdehnung fester Körper. Von Hrn. Friedrich Daniell Esq., F. R. S., Professor der Chemie am Kings College zu London.

Ich brachte hierauf die beiden Staͤbe in zwei Register, und raͤumte dann, nachdem ich den Ofen stark erhizt und die Luft- oder Muffelkammer selbst mit Kohks gefuͤllt hatte, einen Raum aus, in welchen ich diese Register stellen konnte, ohne daß sie an ihren Seiten mit dem Brennmateriale in Beruͤhrung kamen. Die beiden Enden der Register ruhten auf Ziegelstuͤken; das Register mit dem schmiedeisernen Stabe wurde zu Unterst gelegt und um die Dike des Registers weiter nach Vorn, als der gußeiserne Stab, welcher sich 2 Zoll hoch uͤber dem schmiedeisernen Stabe befand. Hierauf wurden alle Oeffnungen geschlossen, und der Luftzug so stark als es nur moͤglich war, vermehrt. Nach einer Viertelstunde nahm ich das Register mit dem gußeisernen Stabe mittelst einer Zange heraus; allein, so wie ich dasselbe aufhob, floß das Metall an beiden Enden aus. Das Register mit dem schmiedeisernen Stabe wurde dann gleichfalls aus dem Ofen genommen und untersucht: hier konnte ich jedoch keine Spur von Schmelzung oder Oxydation des Eisens entdeken. Der Bogen beim Gußeisen maß 9° 47'; jener beim Schmiedeisen hingegen nur 7° 56'.

Ich konnte jedoch mit einigem Grunde vermuthen, daß das Register mit dem schmiedeisernen Stabe einer etwas geringeren Hize ausgesezt war, als das Register mit dem gußeisernen Stabe, indem ersteres zwar etwas naͤher gegen den Koͤrper des Ofens, aber nicht so hoch uͤber den Boden des Feuerzuges gebracht worden war, als lezteres, und daher, da die Flamme nach Aufwaͤrts getrieben wurde, nicht so heftig von der Flamme getroffen werden konnte. Ich brachte daher den schmiedeisernen Stab neuerdings in das Register, und dieses ganz genau an jene Stelle, welche fruͤher das Register mit dem gußeisernen Stabe eingenommen hatte. Als dieß geschehen war, bedekte ich das Ganze mit Kohlen, worauf ich das Feuer neuerdings bis auf den hoͤchsten Grad trieb. Nach 20 Minuten nahm ich nun das Register wieder heraus, wobei sich der gußeiserne Stab ganz unveraͤndert, und weiß metallisch glaͤnzend, ohne alle Oxydation, zeigte nur an den beiden Endoͤffnungen war es etwas blaͤulich. Der Bogen maß nun aber 11° 16'.

Aus diesen Versuchen laͤßt sich nun die Temperatur, bei welcher das Gußeisen schmilzt, auf viererlei Weise approximativ bestimmen und zwar

1) Wenn man die Ausdehnung des Gußeisens bei seinem Schmelzpunkte nimmt, und in der Voraussezung, daß das Verhaͤltniß der Ausdehnung gleich bleibt, nach der Ausdehnung von 150° beim Siedepunkte des Wassers eine Berechnung anstellt, so erhaͤlt man, wenn man die anfaͤngliche Temperatur von 60° hinzuzaͤhlt, 3096°.

2) Wenn man den Schmelzpunkt nach der Ausdehnung desselben Stabes bei 600° dem Siedepunkte des Queksilbers in der Voraussezung berechnet, daß das Verhaͤltniß gleich bleibt, so erhaͤlt man 2489°.

3) Wenn man die Ausdehnung eines schmiedeisernen Stabes bei dem Schmelzpunkte des Gußeisens nimmt, und nach der Ausdehnung desselben Stabes bei 150° dem Siedepunkte des Wassers eine Berechnung anstellt, so erhaͤlt man 2957°.

4) Wenn man den Schmelzpunkt aus der Ausdehnung desselben Stabes bei 600° dem Siedepunkte des Queksilbers in der Voraussezung, daß die Ausdehnung in gleichmaͤßigem Verhaͤltnisse Statt findet, berechnet, so erhaͤlt man 2533°.

Sehr merkwuͤrdig ist hiebei, daß das Mittel dieser vier Berechnungen 2768° betraͤgt, waͤhrend die corrigirte Temperatur, welche ich aus der Ausdehnung eines Platinnastabes bei seinem Eintauchen in geschmolzenes Gußeisen berechnete, wie man sich erinnern wird, 2786° betraͤgt.

Man wird bemerken, daß sowohl beim Schmied- als beim Gußeisen die Berechnung aus dem Verhaͤltnisse der Ausdehnung beim Siedepunkte des Wassers ein hoͤheres, die Berechnung aus dem Ausdehnungsverhaͤltnisse beim Siedepunkte des Queksilbers hingegen ein niedrigeres Resultat gab, als das wahre Resultat ist. Hieraus ließ sich schließen, daß, obschon das Ausdehnungsverhaͤltniß uͤber die Temperatur des siedenden Wassers hinaus offenbar zunimmt, diese Zunahme doch nicht bis an's Ende fortwaͤhrt. Es ergibt sich uͤbrigens aus diesem Factum noch ein anderer Schluß, welchen ich lieber anzunehmen geneigt bin.

Bei der Berechnung der Temperatur des schmelzenden Gußeisens aus der Ausdehnung des Platinnastabes wendete ich, in der Voraussezung, daß das Verhaͤltniß der Zunahme der Ausdehnung, welches die Platinna zwischen dem Siedepunkte des Wassers und jenem des Queksilbers zeigte, auch bei hoͤheren Temperaturgraden dasselbe bleibe, eine Correction an. Dieß ist aber nicht der Fall, sondern es ist sehr wahrscheinlich, daß dieses Verhaͤltniß steigt, und daß daher (obschon sich hierdurch beim Silber, dessen Schmelzpunkt in eine viel niedrigere Temperatur faͤllt, kein wesentlicher Unterschied in dem Endresultate ergeben duͤrfte) die Berechnung des Schmelzpunktes des Eisens, der um mehr als um den dritten Theil hoͤher steht, doch merklich dadurch geaͤndert werden duͤrfte. Ich halte es daher fuͤr sehr wahrscheinlich, daß der wahre Schmelzpunkt des Gußeisens unter 2786° faͤllt.

Die Gleichmaͤßigkeit in diesen Resultaten wird, wie ich hoffe, alle Zweifel, welche uͤber die Tauglichkeit meines Pyrometers zur Bestimmung gewisser hoher Temperaturgrade erhoben werden koͤnnten, heben, und sowohl Chemiker und Physiker, als Fabrikanten veranlassen sich desselben zur Loͤsung vieler in theoretischer und praktischer Hinsicht wichtiger Fragen zu bedienen. Die eben beschriebenen Versuche mit den schmiedeisernen Staͤben heben sogar den unbedeutenden Einwurf, der sich wegen der Kostspieligkeit eines Platinnastabes gegen die allgemeinere Einfuͤhrung meines Instrumentes haͤtte machen lassen. Ein schmiedeiserner Stab wird naͤmlich, wie aus diesen Versuchen erhellt, fuͤr alle in der Praxis vorkommenden Faͤlle ausreichen, und sogar noch den Vortheil einer weit deutlicheren Scala gewaͤhren.

Der Zink sowohl als das Eisen scheinen, den Tabellen gemaͤß, eine Ausnahme von dem Geseze zu machen, nach welchem das Verhaͤltniß der Ausdehnung bei zunehmenden Temperaturen zunimmt; indem naͤmlich die Ausdehnung bei 600° dem Siedepunkte des Queksilbers nicht vier Mal so groß, als die Ausdehnung bei 150° dem Siedepunkte des Wassers ist. Einige besondere, bei dem Versuche eingetretene Umstaͤnde erlauben mir jedoch nicht, in das Resultat, welches ich erhielt, volles Vertrauen zu sezen. Denn als ich das Register, nachdem es in Queksilber gesotten worden, oͤffnete, zeigte sich, daß der Dampf in dasselbe eingedrungen war und auf den Zink gewirkt hatte. Das Metall war naͤmlich fest in der Hoͤhle angebaken, und konnte nur sehr schwer und in Stuͤken herausgebracht werden; an dem oberen Ende war der Stab beinahe zugespizt geworden, waͤhrend das untere Ende bedeutend verdikt, und nach dem Boden des Registers abgemodelt war, gleichsam als wenn dasselbe zum Theil in Fluß gerathen waͤre. Zugleich war dasselbe hart und bruͤchig geworden, und aus allem diesem ließ sich schließen, daß sich der Queksilberdampf wahrscheinlich bei einer unter dem Siedepunkte des Queksilbers stehenden Temperatur damit verbunden hatte, daß das hiedurch gebildete Amalgam gegen die Basis des Stabes hinab floß, und daß das Queksilber spaͤter bei dem Siedepunkte des Queksilbers wieder ausgetrieben wurde.

Ich muß bei dieser Gelegenheit den nicht ganz uninteressanten Umstand bemerken, daß ich bei allen Versuchen, welche ich anstellte, auch nicht ein einziges Mal beobachtete, daß der Queksilberdampf auch dann auf die Metalle wirkte, wenn das Queksilber seine volle Siedehize erreicht hatte. Selbst Gold, welches doch eine so nahe Verwandtschaft zum Queksilber hat, kam wieder mit seiner schoͤnen gelben Farbe, und ohne alle Fleken aus demselben; waͤhrend es sogleich aufgeloͤst wurde, wenn sich das Queksilber bei gleicher Temperatur in fluͤssigem Zustande befand. Unter diesen Umstaͤnden ist es daher gewiß zweifelhaft, ob die Ausdehnung des Zinkes bei dem Siedepunkte des Queksilbers in dem angegebenen Versuche vollkommen richtig aufgezeichnet worden.

Anderer Seits ergibt sich aber zur Unterstuͤzung und Bekraͤftigung des eben erwaͤhnten Resultates aus der Tabelle der Ausdehnungen der Legirungen, daß eine Legirung aus gleichen Theilen Kupfer und Zink dieselbe Anomalie darbietet, d.h. daß die Ausdehnung fuͤr die 600° beim Siedepunkte des Queksilbers nicht vier Mal so groß ist, als die Ausdehnung fuͤr die 150° beim Siedepunkte des Wassers. Bei der aus 3/4 Kupfer und 1/4 Zink bestehenden Legirung nimmt das Verhaͤltniß der Ausdehnung in geringem Grade zu, und bei dem gewoͤhnlichen Messinge, in welchem eine noch geringere Menge Zink enthalten ist, ist diese Zunahme noch viel rascher.

Bei den Versuchen, die ich mit den Metall-Legirungen anstellte, hatte ich es mir hauptsaͤchlich zur Aufgabe gemacht, das Verhaͤltniß zu beobachten, welches zwischen der Ausdehnung des reinen Metalls und der Ausdehnung dieser Legirungen besteht; um dieses Verhaͤltniß deutlicher zu zeigen, verfertigte ich Legirungen aus Kupfer und bekannten Multiplen von Zink und Zinn. Ich will hier nun in einer Tabelle die Temperaturen ihrer Schmelzpunkte, nach deren Ausdehnungen bei den Siedepunkten des Wassers und Queksilbers berechnet, angeben. Obschon ich diese Angaben nicht mit Resultaten, die ich direct durch Untertauchen der Legirungen erhielt, vergleichen kann, so laͤßt sich doch aus einer Vergleichung mit einer aͤhnlichen Berechnung fuͤr die reinen Metalle beurtheilen, in wie weit dieselben irrig seyn koͤnnen.

Schmelzpunkte verschiedener Legirungen nach deren Ausdehnungen bei 212 und 662°, in der Voraussezung, daß dieselben gleichmaͤßig sind, berechnet.

Nach dem Verhaͤltnisse von 212° Nach dem Verhaͤltnisse von 662° Messing. 3/4 Kupfer, 1/4 Zink 1842° 1750° Messing. 1/2 Kupfer, 1/2 Zink 1672 1910 Bronze. 15/16 Kupfer, 1/16 Zinn 1761 1690 Bronze. 7/8 Kupfer, 1/8 Zinn 1773 1534 Bronze. 3/4 Kupfer, 1/4 Zinn 1755 1446 Pewter. 4/5 Blei, 1/5 Zinn 403 Lettern- oder Schrift-Metall 507

In dieser Tabelle ist die Legirung aus gleichen Theilen Kupfer und Zinn, deren Ausdehnung bei dem Siedepunkte des Queksilbers ich in der vorlezten Tabelle angab, nicht aufgefuͤhrt. Diese Legirung war sehr hart und bruͤchig und glich dem Metalle, dessen man sich zu den Spiegeln fuͤr Reflectoren oder Reflections-Teleskope bedient; sie schien bei dem Untertauchen unter siedendes Queksilber eine theilweise Schmelzung eingegangen zu seyn, denn der Stab war angebaken, und hatte sich gegen sein unteres Ende hin verdikt. Ich glaube, daß dieselbe beinahe ihren Schmelzpunkt erreicht hatte; allein der Stab brach mir beim Herausnehmen, und ich konnte daher keinen neuen Versuch mit demselben anstellen.

Die Versuche, die ich mit diesen Legirungen anstellte, sind jedoch nicht so zahlreich, daß ich mit einiger Genauigkeit allgemeine Geseze uͤber deren Ausdehnungen und uͤber deren Schmelzpunkte aus denselben ziehen koͤnnte; so viel erhellt uͤbrigens daraus, daß dieser Gegenstand allerdings einer weiteren Erforschung und Untersuchung werth ist. Es scheint:

1) Daß die Ausdehnung der Legirungen nicht dem Mittel der einzelnen Bestandtheile gleichkommt, sondern daß dieselbe in einem gewissen Verhaͤltnisse zu den relativen Quantitaͤten steht. So bemerken wir z.B., daß die Ausdehnung des Messings mit seinem Zinkgehalte zunimmt, so wie jene des Bronze's oder Glokenmetalles mit dem Zinngehalte zunimmt.

2) Daß die Ausdehnung des Messings so lange in einem steigenden Verhaͤltnisse zur Zunahme der Temperatur steht, bis der Zinkgehalt beinahe die Haͤlfte betraͤgt, wo dann das Verhaͤltniß abzunehmen scheint, gleich wie wir dieß auch bei dem reinen Zinke vermuthen. Aus diesem Grunde erscheinen die aus den Ausdehnungen bei dem Siedepunkte des Queksilbers berechneten Schmelzpunkte dieser Legirung sowohl als des Zinkes auch hoͤher, als jene Schmelzpunkte, welche aus der Ausdehnung derselben bei dem Siedepunkte des Wassers berechnet worden. Diesen Fall ausgenommen, ist es sehr wahrscheinlich, daß die aus dem hoͤheren Ausdehnungsverhaͤltnisse berechneten Schmelzpunkte der Legirungen den wirklichen Temperaturen beim Schmelzen sehr nahe kommen muͤssen.

3) Daß der Schmelzpunkt des Kupfers durch die Beimischung von 1/4 Zink beinahe auf das Mittel, welches sich aus den Verhaͤltnissen der beiden einzelnen Metalle ergibt, reducirt wird; waͤhrend bei einer Beimischung einer gleichen Menge Zinnes eine weit groͤßere Verminderung eintritt. Die aus dem Mittel mit Zink berechnete Temperatur wuͤrde 1690° betragen, waͤhrend die entsprechende Temperatur in der Tabelle 1750° betraͤgt. Die aus dem Mittel mit Zinn berechnete Temperatur waͤre 1607°, waͤhrend die entsprechende Temperatur bloß 1446° betraͤgt.

4) Daß man an dem Pewter eine aͤhnliche Eigenschaft den Schmelzpunkt eines anderen Metalles herabzudruͤken findet, wie an dem Zinne; indem sich hier zeigt, daß eine Beimischung von 1/5 Zinn zu dem Bleie den Schmelzpunkt unter jenen der beiden reinen Metalle herabdruͤkt. Ich will dabei nur noch bemerken, daß eine Legirung aus 8 Theilen Wißmuth, der bei 476° schmilzt, aus 5 Theilen Blei, welches bei 612° fluͤssig wird, und aus 3 Theilen Zinn, dessen Schmelzpunkt auf 442° faͤllt, – bei 212° fluͤssig wird!

Ich will hier nun eine Tabelle beifuͤgen, in welcher man die progressive Linearausdehnung solcher fester Koͤrper, welche ich bei dem Siedepunkte des Wassers, bei jenem des Queksilbers und bei deren Schmelzpunkten, wenn sie ausgemittelt werden konnten, so wie ich sie mit dem Pyrometer gemessen habe, angegeben findet. Ich habe zu deren scheinbaren Ausdehnungen in dem Register die entsprechenden Ausdehnungen des Graphites hinzugefuͤgt, wobei ich annahm, daß sich lezterer bei Temperaturen, welche uͤber 662° betragen, gleichmaͤßig auszudehnen fortfaͤhrt, indem den fruͤheren Versuchen zu Folge bei dieser Annahme kein wesentlicher Irrthum Statt finden duͤrfte.

Tabelle uͤber die Linearausdehnungen fester Koͤrper in der Hize.

Dimensionen, welche ein Stab annimmt, dessen Laͤnge bei 62° 1,000,000 betraͤgt.

Bei 212° (150°) Bei 662° (600°) Bei dem Schmelzpunkte. Graphitwaare 1,000,244 1,000,703 Wedgewood 1,000,735 1,002,995 Platinna 1,000,735 1,002,995 (1,009,926 war das Maximum, aber ohne Schmelzung.) Schmiedeisen 1,000,984 1,004,483 (1,018,378 bis z. Schmelzpunkte des Gußeisens.) Gußeisen 1,000,893 1,003,943 1,016,389

Dimensionen, welche ein Stab annimmt, dessen Laͤnge bei 62° 1,000,000 betraͤgt.

Bei 212° (150°) Bei 662° (600°) Bei dem Schmelzpunkte. Gold 1,001,025 1,004,238 Kupfer 1,001,430 1,006,347 1,024,376 Silber 1,001,626 1,006,886 1,020,640 Zink 1,002,480 1,008,527 1,012,621 Blei 1,002,323 – 1,009,072 Zinn 1,001,472 – 1,003,798 Messing, 1/4 Zink 1,001,787 1,007,207 1,021,841 Bronze, 1/4 Zinn 1,001,541 1,007,053 1,016,336 Pewter, 1/4 Zinn 1,001,696 – 1,003,776 Schriftmetall 1,001,696 – 1,004,830

Die Regelmaͤßigkeit dieser Ausdehnungen wird Jedermann uͤberraschen. So lange ein Metall einen festen Zustand beibehaͤlt, schreitet dessen Ausdehnung ohne alle ploͤzliche Spruͤnge oder Veraͤnderungen nach einem feststehenden bestimmten Geseze fort; wenn dasselbe aber endlich eine fluͤssige Form annimmt, so wirkt es auf eine verschiedene Art.

Am Schlusse dieser Beobachtungen erlaube ich mir noch die Resultate einiger Versuche vorzutragen, die ich anstellte, um wo moͤglich die Ursache zu bestimmen, welche die Veraͤnderung, die der Platinnastab bei der fruͤher erwaͤhnten starken Erhizung in dem Register erlitt, bewirkte. Ich zeigte den auf die beschriebene Weise veraͤnderten Stab mehreren Sachverstaͤndigen, welche mit der Bearbeitung und dem Verhalten der Platinna innig vertraut waren, und alle schrieben die Veraͤnderung, die er eingegangen war, der Einwirkung des Schwefels zu. Niemand konnte mir aber erklaͤren, wie zu dieser Einwirkung eine so hohe Temperatur noͤthig war, indem derselbe Stab bei dem Schmelzpunkte des Gußeisens, dem ich ihn wiederholt aussezte, keine Veraͤnderung erlitt, sondern vollkommen weich und haͤmmerbar blieb.

Der Bulletin des Hrn. Ferussac vom November 1830 enthaͤlt einen Auszug aus meiner fruͤheren Abhandlung, in welchem der Verfasser dieses Auszuges mit der Bemerkung schließt, „daß ich in den Tiegel, in welchem das Register und der Platinnastab enthalten war, ungluͤklicher Weise auch einige Stuͤke Eisen brachte, indem ich wahrscheinlich nicht wußte, daß die bloße Gegenwart von Eisen hinreicht die Platinna bruͤchig zu machen, wie Jedermann, der mit Platinna arbeitete, wisse.“

Ich habe viele der englischen Platinna-Arbeiter hieruͤber befragt, allein keiner wußte etwas von dieser Eigenschaft des Eisens. Wenn ich nun ferner noch in Anschlag bringe, daß der Platinnastab in dem Register durchaus nicht mit den eisernen Naͤgeln in Beruͤhrung kam, und daß ich uͤberdies den Platinnastab in geschmolzenes Eisen untertauchen durfte, ohne daß derselbe auch nur die geringste Veraͤnderung erlitt, so sehe ich nicht ein, wie die Veraͤnderung, welche Statt fand, von diesem Umstande herruͤhren konnte.

Um nun diese Zweifel zu loͤsen, nahm ich 116 Grane der bruͤchig gewordenen Platinna, welche ich in einem staͤhlernen Moͤrser mit Muͤhe zu einem feinen Pulver zerrieben hatte, und kochte dieselben so lange mit Salpetersalzsaͤure, bis sie sich vollkommen aufgeloͤst hatten. Eine geringe Menge dieser Aufloͤsung erzeugte in einer Aufloͤsung von salzsaurem Baryte eine kaum merkliche Truͤbung, die, wie ich glaube, bloß von einer leichten Verunreinigung der Saͤuren herruͤhrte, und keineswegs von einer in dem Metalle enthaltenen Spur Schwefel. Ich dampfte nun die Aufloͤsung, die ich erhallen hatte, so weit ab, bis sie eine gallertartige Consistenz annahm, und goß dann in diesem Zustande Alkohol auf dieselbe, worauf, da noch uͤberschuͤssige Saͤure vorhanden war, eine heftige Entwikelung von salpeterigem Gase erfolgte. Den Ruͤkstand dampfte ich bis zur Trokenheit ein, worauf ich ihn dann so lange erhizte, bis sich das Platinnasalz von selbst entzuͤndete, und eine schwammige Masse zuruͤkließ. Diese Masse digerirte ich neuerdings mit Salpetersalzsaͤure, und die Aufloͤsung dampfte ich neuerdings bis zur Trokenheit ein. Nun loͤste ich die salzsaure Platinna in Wasser auf, wobei mir ein sandiger Ruͤkstand blieb, der, gut ausgewaschen und bis zur Rothgluͤhhize erhizt, eine graulich-weiße Farbe hatte, 3,5 Grane wog, und alle Eigenschaften der Kieselerde besaß. Es unterliegt daher, wie mir scheint, keinem Zweifel mehr, daß die Platinna bei der hohen Temperatur, der sie ausgesezt war, 3 Procent Kieselerde, oder vielmehr eine dieser Quantitaͤt entsprechende Menge Silicium aufnahm, und dadurch auf die angegebene Weise in ihren Eigenschaften veraͤndert wurde. Zu dieser Verbindung scheint jedoch ein Hizgrad noͤthig, der weit uͤber dem Schmelzpunkte des Gußeisens steht; der ganze Proceß scheint einige Analogie mit jenem zu haben, nach welchem das Eisen bei der Verwandlung in Stahl durch die sogenannte Cementation eine gewisse Menge Kohlenstoff aufnimmt.

Die von Hrn. Daniell beschriebene Verbindung der Platinna mit der Basis der Kieselerde wurde schon fruͤher von den HH. Descotils und Chenevix beobachtet, die dieselbe jedoch fuͤr ein Platinna-Carburetum hielten. Boussingault untersuchte sie neuerdings, und fand, daß sie wirklich aus Silicium und Platinna bestuͤnde. Die HH. Descotils und Chenevix erhielten sie durch Erhizen der Platinna mit Kohle, so wie sie Hr. Daniell durch Erhizung der Platinna in Graphitgefaͤßen erhielt. Boussingault fand, daß dieselbe hingegen keineswegs erzeugt wird, wenn man die Platinna mit Lampenschwarz erhitzt. (Aus dem Philos. Magaz. and Journ. of Sc.)