Part 6

Aber auch ohne besondere Erwärmung und ohne Sieden geht die Verwandlung des Wassers in Dampf vor sich. Ein Wassertropfen, der auf dem Fußboden vergossen wird, ist nach kurzer Zeit verschwunden; die nasse Wäsche trocknet in wenigen Stunden, wenn sie in der Luft frei aufgehängt wird. Auch dieses beruht auf einer Verwandlung des Wassers in Dampf, aber sie geht langsamer von statten als beim Sieden und nur an der Oberfläche. Vom Spiegel des Meeres verdunsten unausgesetzt ungeheure Massen von Wasser. Der dadurch gebildete Wasserdampf erhebt sich in die Luft, in der er sich zunächst unsichtbar verteilt. Sobald er aber in der Höhe mit kälteren Luftschichten in Berührung kommt, so kann er nicht mehr als Dampf fortbestehen, er wird zu Wasser und es bilden sich Wolken, Regen oder Schnee. (Auch die Wolken bestehen aus flüssigem Wasser in Gestalt ganz feiner Bläschen, die sich in der Luft schwebend erhalten.) – Im Regen fällt der zu Wasser verdichtete Dampf auf die Erde nieder; in Quellen, Bächen, Flüssen strömt er zum Meere zurück, um dann den großen Kreislauf von neuem zu beginnen.

[6] Dieser Herr _Anderson_ – Faraday’s Gehilfe – war, wie _Tyndall_ erzählt, ein sehr achtbarer, zugleich aber auch ein etwas wunderlicher Mensch. Er sagte wohl gelegentlich von Faraday’s Vorlesungen: »Ich mache die Experimente und Faraday macht die Redensarten dazu.« In seiner liebenswürdigen und heiteren Weise behandelte Faraday den alten Mann auch immer so, als sei dies wirklich ihre gegenseitige Stellung.

Dritte Vorlesung.

Wasser als Verbrennungsprodukt der Kerze. Eigenschaften des Wassers; seine Aggregatzustände. Wasserstoff als Bestandteil des Wassers. Darstellung und Eigenschaften des Wasserstoffs. Wasser als Verbrennungsprodukt des Wasserstoffs. Die Volta’sche Säule.

Ihr werdet Euch erinnern, daß ich vor unserem Auseinandergehen das Wort »Verbrennungsprodukte« gebrauchte, und daß wir imstande sind, mit entsprechenden Vorrichtungen verschiedene derartige Produkte von einer brennenden Kerze aufzufangen. Den einen Stoff konnten wir nicht erhalten, wenn die Kerze ordentlich brannte: die Kohle oder den Rauch; ferner lernten wir auch einen Stoff kennen, der von der Flamme aufstieg und nicht als Rauch erschien, sondern eine andere Form annahm und einen Teil des unsichtbaren Stromes ausmachte, der von der Kerze aufsteigt und entweicht. Es waren aber noch andere Produkte zu erwähnen. Ihr erinnert Euch, daß wir in dem von der Kerzenflamme aufsteigenden Strome einen Bestandteil fanden, der sich an einem kalten Löffel oder an einem reinen Teller oder an irgend einem kalten Gegenstande verdichten ließ, und daß wiederum ein anderer Teil nicht verdichtbar war.

[Sidenote: Wasser als Verbrennungsprodukt.]

Wir wollen den verdichtbaren Teil zuerst genauer untersuchen; seltsam genug finden wir, daß er nichts als Wasser ist. Das vorige Mal sprach ich beiläufig davon, indem ich nur sagte, daß Wasser unter den kondensierbaren[7] Produkten einer Kerze sei; heute aber möchte ich Eure Aufmerksamkeit eingehender auf das Wasser lenken, das wir sorgsam untersuchen wollen, namentlich in seiner Beziehung auf unsern Gegenstand, wie auch in Rücksicht auf sein Vorkommen auf der Erdoberfläche.

Nun, nachdem ich sorgfältig ein Experiment zur Verdichtung des Wassers aus den Verbrennungsprodukten einer Kerze vorbereitet habe, will ich Euch zunächst dieses Wasser zeigen; das beste Mittel, die Gegenwart des Wassers so Vielen zugleich zu beweisen, ist vielleicht, eine recht sichtbare Wirkung des Wassers zu zeigen, und diese dann als Prüfstein für das, was sich als Tropfen an dem Boden des Gefäßes gesammelt hat, anzuwenden. Ich habe hier eine eigentümliche Substanz, das von _Humphry Davy_ entdeckte _Kalium_, welches eine sehr energische Wirkung auf Wasser übt, und dieses werde ich benutzen, um die Gegenwart des Wassers nachzuweisen. Ich nehme ein Stückchen davon und werfe es in diese Schüssel, und Ihr seht, wie es die Gegenwart von Wasser anzeigt, indem es sich entzündet und emporschnellt, mit violetter Flamme brennend. Ich nehme jetzt die Kerze fort, die unter dieser Schale mit Eis und Salz gebrannt hat, und Ihr seht einen Wassertropfen, als kondensiertes Produkt der Kerze, an der untersten Stelle des Gefäßes hängen. Ich will Euch zeigen, daß das Kalium dieselbe Wirkung darauf ausübt, wie auf das Wasser in dem Gefäße, mit dem wir es soeben versucht haben. Seht, es fängt Feuer und brennt in derselben Weise. Ich werde einen andern Tropfen auf diese Glasplatte bringen, und wenn ich Kalium hinzufüge, so werdet Ihr aus dem Umstand, daß es Feuer fängt, sogleich schließen, daß Wasser vorhanden ist. Nun, dieses Wasser ist aus der Kerze entwickelt worden. Ebenso werdet Ihr sehen, wenn ich die Spirituslampe unter das Gefäß stelle, daß dieses von dem Tau, der sich an demselben niederschlägt, feucht wird – in dem Tau haben wir wieder dasselbe Verbrennungsprodukt – und an den Tropfen, die auf ein untergehaltenes Stück Papier herabfallen, könnt Ihr sehen, daß sich eine ziemliche Menge Wasser bei der Verbrennung bildete. Ich will es jetzt beiseite stellen, und Ihr mögt nachher sehen, wie viel Wasser sich angesammelt hat. Nehme ich eine Gaslampe und bringe ich irgend eine abkühlende Vorrichtung darüber, so erhalte ich gleichfalls Wasser, welches ebenso durch die Verbrennung des Gases gebildet wird. In dieser Flasche hier ist eine Quantität Wasser, ganz reines destilliertes Wasser[8], welches aus einer Gasflamme aufgefangen wurde; es ist in keiner Weise verschieden von anderem destillierten Wasser, mag man es aus Quell-, Fluß- oder Seewasser destillieren; immer ist destilliertes Wasser ein und dasselbe, es ist ein Körper von stets gleicher Beschaffenheit. Wir können es absichtlich mit anderen Dingen vermischen, oder wir können es zersetzen und andere Dinge daraus darstellen: aber Wasser als solches bleibt immer dasselbe, ob in festem, flüssigem oder luftförmigem Zustand. Hier ferner [eine andere Flasche emporhaltend] habe ich Wasser, das aus einer Ölflamme gewonnen wurde. Ein Maß Öl liefert bei der Verbrennung über ein Maß Wasser. Hier ist Wasser, das durch ein längeres Experiment aus einer Wachskerze entwickelt wurde. Und so können wir mit fast allen brennbaren Substanzen verfahren, die mit einer Flamme ähnlich der Kerze brennen, und wir werden finden, daß sie Wasser erzeugen. Ihr könnt diese Experimente selbst machen; der Kopf eines Schüreisens z. B. eignet sich ganz gut zu solchen Versuchen, er bleibt über der Flamme lange genug kalt, so daß man an demselben Wasser in Tropfen kondensiert erhalten kann; auch jedweden Löffel oder irgend ein ähnliches Instrument könnt Ihr dazu brauchen, vorausgesetzt, daß es rein ist und die Wärme gut ableitet, so daß dadurch das Wasser verdichtet wird.

Um nun dem Wesen dieser wunderbaren Bildung des Wassers aus Brennstoffen und durch Verbrennung näher zu treten, muß ich zunächst von den verschiedenen Formen sprechen, in denen das Wasser auftritt; und obgleich Euch dieselben wohl alle bekannt sein mögen, so ist es doch für unsern augenblicklichen Zweck nötig, sie etwas näher zu betrachten, damit Ihr seht, wie das Wasser, während es seine Proteus-Verwandlungen durchmacht, doch immer ganz und gar dasselbe Ding ist, ob es nun durch Verbrennung aus einer Kerze oder durch Destillation aus Fluß- oder Meerwasser gewonnen wurde.

Zunächst: wenn das Wasser stark abgekühlt ist, so bildet es das Eis. Wir als Naturforscher – ich darf Euch und mich in diesem Falle wohl so nennen – wir sprechen vom Wasser als Wasser, es sei im festen oder flüssigen oder gasförmigen Zustand; wir haben es hier stets nur mit Wasser im chemischen Sinne zu tun. Das Wasser ist aus zwei Stoffen zusammengesetzt, von denen wir den einen aus der Kerze genommen haben, während wir den andern an einem andern Orte finden werden. Wasser kann uns als Eis begegnen, und Ihr habt im Winter die beste Gelegenheit, es als solches zu sehen. Das Eis wird wieder zu Wasser, wenn die Temperatur steigt, und das Wasser geht in Dampf über, wenn es hinlänglich erhitzt wird. Das flüssige Wasser, welches wir hier vor uns haben, befindet sich in seinem dichtesten Zustande. Ob wir es nämlich durch Abkühlung in Eis oder durch Erhitzen in Dampf verwandeln, es nimmt stets an Volumen zu – in dem einen Falle auf sehr merkwürdige Art und mit großer Gewalt, im anderen in sehr bedeutendem Grade. Ich werde z. B. jetzt diesen Blechzylinder nehmen und ein wenig Wasser hineingießen. Ihr seht, wie viel ich Wasser hineingieße, und daraus könnt Ihr leicht abschätzen, daß es in dem Zylinder ungefähr zwei Zoll hoch stehen wird. Nun werde ich das Wasser in Dampf verwandeln, um Euch zu zeigen, wie verschieden der Raum ist, den das Wasser einnimmt, je nachdem es sich in flüssigem oder dampfförmigem Zustand befindet.

Nehmen wir inzwischen die Verwandlung des Wassers in Eis vor, die wir durch Kühlung mit einer Mischung aus Salz und gestoßenem Eis bewerkstelligen können. Ich will das tun, um Euch die Ausdehnung des Wassers bei dieser Verwandlung zu zeigen. Diese Flaschen [indem er eine emporhält] sind von Gußeisen gemacht, sie sind sehr stark und dick, ich glaube ¹/₃ Zoll dick; sie wurden sorgfältig mit Wasser gefüllt, so daß alle Luft ausgeschlossen ist, und dann fest zugeschraubt. Wir werden sehen, wenn wir das Wasser in diesen eisernen Gefäßen gefrieren lassen, daß sie nicht mehr imstande sind, das Eis eingeschlossen zu halten; die Ausdehnung wird sie in Stücke wie diese [indem er einige Bruchstücke vorzeigt] zersprengen, die von Flaschen ganz derselben Art herrühren. Ich werde diese beiden Flaschen in die Mischung von Salz und Eis setzen, um Euch zu zeigen, wie das Wasser, indem es zu Eis wird, sein Volumen in so auffälliger Weise vergrößert.

In der Zwischenzeit beobachtet hier die Veränderung, welche mit dem Wasser eingetreten ist, das wir heiß gemacht haben; es verlor seine flüssige Form. Dies bringt verschiedene weitere Veränderungen mit sich. Ich habe den Hals dieser Glasflasche, in der Wasser kocht, mit einem Uhrglas bedeckt. Seht Ihr, was geschieht? Es rasselt wie ein klapperndes Ventil, weil der von dem kochenden Wasser aufsteigende Dampf das Glas auf- und niederstößt und sich selbst hinauszwängt. Ihr könnt leicht einsehen, daß die Flasche ganz voll Dampf ist, der sich sonst einen Ausgang nicht zu erzwingen brauchte. Ihr seht auch, daß die Flasche eine Substanz enthält, die einen viel größeren Raum erfüllt als vorher das Wasser; denn sie füllt die ganze Flasche immer und immer wieder, hebt den Deckel und entweicht in die Luft; und bei alledem ist gar keine große Verminderung der Wassermasse zu bemerken, woraus Ihr seht, daß die Raumvergrößerung bei der Verwandlung des Wassers in Dampf eine sehr bedeutende ist.

Nun wieder zurück zu unsern eisernen Flaschen in der Kältemischung, um zu sehen, was da geschieht. Ihr bemerkt, daß zwischen dem Wasser in den Flaschen und dem Eis in dem äußeren Gefäß keine Verbindung stattfindet. Aber dennoch wird von dem einen zum andern Wärme übergehen, und wenn wir Glück haben – wir machen unser Experiment freilich in zu großer Hast – so erwarte ich, daß wir mit der Zeit, sobald die Flaschen und ihr Inhalt kalt geworden sind, einen Knall hören werden, der vom Zerbersten der einen oder der anderen herrührt. Wenn wir dann die Flaschen untersuchen, werden wir als ihren Inhalt Eismassen finden, die teilweise von der Eisenumkleidung bedeckt sind, welche zu eng für sie geworden war, weil die Eismasse größer wurde als die Wassermasse vorher. Ihr wißt, daß eine Eisscholle auf dem Wasser schwimmt. Wenn jemand durch ein Loch ins Wasser fällt, so sucht er wieder aufs Eis zu kommen, welches ihn oben halten soll. Warum schwimmt das Eis? – Denkt darüber nach und erklärt es mir! Nun, weil die Eisscholle größer ist als die Masse Wasser, aus der sie entstand; und deshalb muß das Eis weniger wiegen, als eine gleichgroße Wassermenge.

Kehren wir zur Wirkung der Hitze auf das Wasser zurück. Seht, was für ein Dampfstrom aus dem Blechgefäß entweicht. Ihr bemerkt, daß es völlig mit Dampf angefüllt sein muß, der ja sonst nicht in dieser großen Menge herausströmen würde. Und nun, wie wir das Wasser durch Hitze in Dampf verwandeln können, so verwandeln wir es zurück in flüssiges Wasser durch Anwendung von Kälte. Wenn wir ein Glas oder irgend einen kalten Gegenstand über den Dampf halten – seht nur, wie bald es durch den Wasserdampf undurchsichtig wird; es verdichtet sich das Wasser, das nun an den Seiten herabläuft, und diese Verdichtung wird fortdauern, bis das Glas erwärmt ist; gerade so wie der Dampf, den wir früher als Verbrennungsprodukt einer Kerze erhielten, am Boden einer Schale als flüssiges Wasser verdichtet wurde. – Ich werde nun noch einen anderen Versuch anstellen, um die Zurückführung des Wassers aus dem dampfförmigen Zustand in den flüssigen und zugleich die große Raumveränderung, welche damit verbunden ist, zu zeigen. An dem Blechzylinder, in welchem wir Wasser zum Kochen erhitzen, und welcher jetzt ganz mit Dampf gefüllt ist, befindet sich ein Hahn. Ich schließe diesen und wir werden sehen, was geschieht, wenn wir diesen Wasserdampf in die flüssige Form zurückzukehren zwingen, indem wir die Außenseite des Zylinders mit kaltem Wasser begießen. [Der Vortragende gießt kaltes Wasser über das Gefäß, welches augenblicklich nach innen zusammenknickt.] Ihr seht, was sich ereignet hat. Wenn ich den Hahn geschlossen und das Gefäß erhitzt hätte, so würde es zersprungen sein. Wenn aber der Dampf wieder zu Wasser wird, so fällt das Gefäß zusammen, da durch die Verdichtung des Dampfes inwendig ein leerer Raum entsteht[9]. Ich zeige Euch diese Versuche, um den Satz zu bekräftigen, daß bei all diesen Vorgängen nichts geschieht, wodurch das Wasser in irgend etwas anderes verwandelt würde – es ist und bleibt Wasser; und so muß das Gefäß nachgeben und knickt zusammen, wie es im entgegengesetzten Fall, infolge weiterer Erhitzung, nach außen zersprengt worden wäre.

Und wie groß stellt Ihr Euch den Umfang vor, den das Wasser in dampfförmiger Gestalt annimmt?

Ihr seht diesen Würfel [indem er auf einen Kubikfuß deutet], daneben steht ein Kubikzoll, genau von derselben Form wie der Kubikfuß. Nun, diese Wassermenge (der Kubikzoll) ist imstande, sich zu dieser Dampfmenge, (dem Kubikfuß) auszudehnen, oder umgekehrt, diese große Quantität Dampf zieht sich durch Erkaltung zu dieser kleinen Menge Wasser zusammen. [In diesem Augenblick zerplatzt eine der eisernen Flaschen.] Ah! Eine unserer Flaschen ist geborsten, und hier seht Ihr einen Sprung längs der einen Seite von ¹/₈ Zoll Breite. [Jetzt explodiert auch die andere und schleudert die Kältemischung nach allen Richtungen umher.] Auch die andere Flasche ist zersprengt, obgleich sie beinah ½ Zoll stark war. Derartige Veränderungen gehen stets im Wasser vor sich und sie brauchen nicht etwa immer durch künstliche Mittel hervorgerufen zu werden – wir gebrauchten sie hier nur, um einen kleinen Winter um diese Flaschen herum herzustellen, statt eines langen und strengen. Wenn Ihr nach Kanada oder auch nach dem Norden von Europa geht, so werdet Ihr finden, daß dort die Temperatur vor der Haustür ganz dasselbe tut, was hier die Kältemischung bewirkte.

Doch zurück nun zu unserem Gegenstand! Wir wollen uns also in der Folge durch irgend welche Veränderung im Wasser nicht täuschen lassen. Ich wiederhole: Wasser ist überall dasselbe, ob es nun aus dem Ozean oder aus der Kerzenflamme herstammt. Wo ist denn das Wasser, welches wir von unserer Kerze erhielten? Indes – ich muß hier ein wenig vorweggreifen. Es ist ganz augenscheinlich, daß das Wasser von der Kerze kommt. Aber war es denn in der Kerze schon vorhanden? Nein. Es ist nicht in der Kerze und nicht in der umgebenden Luft, welche die Kerze zur Verbrennung gebraucht; es ist weder in der einen, noch in der andern, sondern es entsteht aus ihrer wechselseitigen Einwirkung; der eine Teil stammt aus der Kerze, der andere aus der Luft. Dies nun ist die Spur, die wir genau zu verfolgen haben, um zum vollen Verständnis des chemischen Vorganges zu gelangen, welcher stattfindet, wenn die Kerze vor uns auf dem Tische brennt. Wie sollen wir dazu gelangen? Ich weiß Wege genug, aber ich möchte, daß Ihr es durch eigene Überlegung, durch Nachdenken über das bereits Gesagte auffändet. Ich traue Euch in dieser Beziehung schon einen ziemlich hellen Blick zu.

[Sidenote: Reaktion von Kalium, Eisen und Zink auf Wasser.]

Bei einem früheren Versuche, den uns Humphry Davy gelehrt, sahen wir, wie ein Körper, nämlich das Kalium, auf Wasser einwirkte. Um es Euch ins Gedächtnis zurückzurufen, will ich jetzt das Experiment auf diesem Teller wiederholen. Wir haben es mit einem Ding zu tun, das sehr vorsichtig behandelt sein will; denn Ihr seht, wenn ich die Masse nur mit einem kleinen Tröpfchen Wasser bespritze, so gerät sie sofort teilweise in Brand; und wenn die Luft frei hinzutreten könnte, so würde das Ganze schnell in Feuer aufgehen. Es ist dies ein schönes und glänzendes Metall, welches in der Luft und, wie Ihr wißt, im Wasser sich äußerst rasch verändert. Ich werde nun ein Stückchen auf Wasser legen und Ihr seht es wundervoll brennen, indem es eine schwimmende Lampe bildet, wobei es Wasser anstatt Luft verbraucht. Nehmen wir ferner ein wenig Eisenfeil- oder Drehspäne und legen sie in Wasser, so finden wir, daß sie ebenfalls eine Veränderung erleiden. Sie verändern sich zwar nicht so rasch wie das Kalium, aber im ganzen in derselben Weise. Sie werden rostig und zeigen eine Einwirkung auf das Wasser, und wenn auch der Grad derselben ein geringerer ist, als beim Kalium, so ist doch die Art ihrer Einwirkung auf das Wasser im großen und ganzen dieselbe. Ich muß Euch bitten, diese verschiedenen Punkte genau zu merken. Hier habe ich ein anderes Metall, Zink, und als wir uns mit der festen Masse beschäftigten, die bei seiner Verbrennung entsteht, hatten wir Gelegenheit, zu sehen, daß es brennbar ist; ich glaube nun, wenn ich einen kleinen Streifen von diesem Zink nehme und über die Kerzenflamme halte, so werdet Ihr ein Mittelding vom Verbrennen des Kalium und von der Einwirkung des Eisens auf Wasser beobachten – seht, es findet eine Art von Verbrennung statt. Es ist verbrannt, und das Produkt ist eine weiße Asche. Auch dieses Metall übt eine gewisse Wirkung auf das Wasser aus.

Nach und nach haben wir gelernt, die Wirkungen dieser verschiedenen Körper zu beherrschen und sie zu zwingen, uns zu sagen, was wir wissen wollen. Zunächst noch etwas vom Eisen. Es ist eine gewöhnliche Erfahrung bei allen chemischen Prozessen, daß sie durch Anwendung der Wärme gefördert werden, und wenn wir die Wirkung der Körper auf einander genau und sorgsam studieren wollen, so müssen wir stets den Einfluß der Wärme mit berücksichtigen. Ihr werdet wohl noch wissen, daß Eisenfeilspäne sehr schön in der Luft brennen; aber ich will Euch noch ein anderes Experiment zeigen, welches Euch das Verständnis dessen erleichtern wird, was ich von der Einwirkung des Eisens auf Wasser sagen will. Wenn ich eine Flamme nehme und sie hohl mache – Ihr wißt, warum: ich will ihr Luft sowohl von innen als von außen zuführen – und streue dann Eisenfeilspäne in die Flamme, so seht Ihr sie recht hübsch brennen. Diese Verbrennung wird natürlich durch den chemischen Prozeß bewirkt, der bei der Entzündung dieser Teilchen vor sich geht. Und so wollen wir nun weiter fortschreiten und untersuchen, was das Eisen tut, wenn es mit Wasser in Berührung kommt. Es wird uns seine Geschichte so schön, so stufenweise und regelmäßig erzählen, daß ich glaube, es wird Euch sehr gefallen.

[Sidenote: Zerlegung des Wasserdampfs.]