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Inhaltsverzeichnis
Die Zeichnung auf dem Umschlag gibt eine verkleinerte
Planskizze des Wasserstoffverflüssigers im Physikalisch-Chemischen
Institut der Universität Zürich wieder.
Faraday's Arbeiten über Gasverflüssigung
Der Gedanke, dass jede Materie in allen drei Aggregatzuständen - fest, flüssig, gasförmig - vorkommen kann, hatte im Laufe des 18. Jahrhunderts in den führenden Köpfen der Zeit feste Gestalt gewonnen. Sehr klar äusserte sich dazu Lavoisier:
«Wenn die Erde plötzlich in eine sehr kalte Region versetzt würde, müsste zweifellos die Luft oder wenigstens der eine oder andere ihrer luftförmigen Bestandteile, aus denen sich die Atmosphäre zusammensetzt, die Elastizität verlieren. Denn es fehlte dann eine genügend hohe Temperatur, um sie in dem jetzigen Zustand zu erhalten. Sie würde flüssig werden und neue Flüssigkeiten würden auftreten, von deren Eigenschaften wir uns gegenwärtig auch nicht die entfernteste Vorstellung machen können.» ... Dann folgen Faradays Versuche mit dem Winkelrohr und seiner Warnung :«die Vorsicht gläserne Masken und Brillen zu tragen, ist besonders beim Arbeiten mit Kohlendioxid angezeigt.» ...In diesen Glasrohren stiegen die Drucke bis zu 80 Atmosphären. ...
1844 waren 6 Gase "unbesiegt": Stickoxid, Kohlenmonoxid, Methan und
Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff. Helium wurde erst 1868 entdeckt,
Ar 1894, Ne,Kr,Xe 1898 und das letzte der Edelgase Rn folgte 1900.
Ein Verfahren bestand darin, mit eine Kältekaskade zu arbeiten: Man kühlt mit z.B. flüssigem Kohlendioxid ein Gas unter die kritische Temperatur ab und verflüssigt es durch Kompression. Mit dieser Flüssigkeit wird das nächste Gas gekühlt, etc. Der Schönheitsfehler dabei ist, dass zwischen Stickstoff und Neon eine zu grosse Lücke besteht. Das andere Verfahren benutzt die adiabatische Expansion. Die Schwierigkeit lag darin, dass zum Erreichen des Umkehrpunktes der Wasserstoff zuerst mit flüssiger Luft vorgekühlt werden muss, erst dann geht es weiter mit Kompression und Rückflusskühlung, Expansion und durch den Kühler zurück zum Kompressor, wobei dieser Apparateteil sehr kompakt gebaut ist.
James Dewar *20.September 1842, † 27.März 1923.(lernte schreinern,
um sich seine eigene Geige bauen zu können. Er war ein virtuoser Glasbläser
und geschickter Mechaniker)
Dewar hat Einzelheiten seiner Apparaturen niemals mitgeteilt, ja ihre Veröffentlichung rundweg mit dem Bemerken abgelehnt, seine Anlage befände sich noch im Zustand der Erprobung. Sie steht heute im South Kensington Museum in London. Wir können uns mit einiger Mühe rekonstruieren, dass Dewar mit abgepumpter flüssiger Luft von -205°C, einem Druck von 180 Atmosphären und einer Strömung von 15 bis 25 Kubikmeter Wasserstoff in der Stunde arbeitete. Mehr wissen wir nicht, obwohl Dewar sehr bald literweise über flüssigen Wasserstoff verfügte. Um so freigebiger ist Dewar bei der Schilderung der Eigenschaften der neuentdeckten wunderbaren Flüssigkeit. ......
Anwendungen von flüssigem Wasserstoff
Wir sind damit bei den Anwendungen angelangt, die noch in Kürze betrachtet werden sollen. Gerade für den physikalischen Chemiker ist flüssiger Wasserstoff ein äusserst wertvolles und vielseitiges Hilfsmittel. In der Schweiz steht er allerdings bisher nur im Physikalisch-Chemischen Institut der Universität Zürich zur Verfügung, wo er dauernd benutzt wird. Einige dieser Anwendungen seien hier besprochen.
Einmal gibt es eine Fülle von Tieftemperaturproblemen, die mit flüssigem Wasserstoff bearbeitet werden können; z.B. Aufgaben der Phasenlehre, Untersuchungen der optischen Eigenschaften fester Gase, des Verhaltens von Zerreissfestigkeit, Wärmeleitfähigkeit und anderen Materialeigenschaften metallischer und plastischer Werkstoffe bei tiefen Temperaturen und dergleichen mehr.
Die Reindarstellung der Wasserstoffisotope wird durch flüssigen Wasserstoff ausserordentlich erleichtert und eröffnet ein weites Feld auf rein chemischem Gebiet. Extrem reiner und trockener H2, reiner Para-H2 und Ortho-D2 werden durch flüssigen Wasserstoff überhaupt erst zugänglich. Zieht man noch die Rektifikation der Wasserstoffisotope heran, so werden reinster schwerer Wasserstoff und das für verschiedene reaktionskinetische Fragen hochinteressante, aber noch wenig benutzte Deuteriumhydrid, HD, ebenfalls verfügbar. In Zukunft dürften dazu noch die radioaktiven Isotope T2 sowie TD und TH kommen. Auch lässt sich durch Rektifikation völlig deuteriumfreier leichter Wasserstoff gewinnen, wie er in der Kernphysik bisweilen erwünscht ist.
Unschätzbar ist die Möglichkeit, in den ausgedehntesten Apparaturen (wie z. B. in der Zürcher Trennrohranlage für Isotope mit 250 m Rohrlänge) alle Gase bis auf die letzte Spur mit flüssigem Wasserstoff quantitativ zu kondensieren und nach Belieben hin- und herzuschieben. Zersetzliche Verbindungen, die man nicht durch Quecksilberpumpen oder an Aktivkohle sammeln darf, können so aufkonzentriert werden. Gase, die wegen eines kleinen Wasserstoff- oder Luftgehalts, wie er sich bei Isotopentrennungen im Laufe der Zeit fast immer einstellt, von flüssiger Luft nicht mehr quantitativ ausgefroren werden, lassen sich mit flüssigem Wasserstoff verlustfrei gewinnen.
Umgekehrt kann man bequem die analytische Aufgabe lösen, aus einem Gasgemisch winzige Wasserstoffmengen herauszuholen, zu konzentrieren und auf die isotope Zusammensetzung hin zu untersuchen. Trennfaktoren von 106 und darüber lassen sich in wenigen Minuten erhalten.
...
Zudem lässt sich mit Vorkühlung durch flüssigen Wasserstoff Helium sparen.
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