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Titel
Chemie,
die Wissenschaft von der stofflichen Verschiedenheit der Körper; sie lehrt, aus welchen einfachern Stoffen die Körper bestehen, wie sie in diese stofflich verschiedenen Bestandteile zersetzt, geschieden (daher Scheidekunst), und wie sie aus denselben zusammengesetzt werden können. Wenn man Siegellack, Glas [* 2] oder Schwefel mit einem Tuch reibt, so erhalten sie die Eigenschaft, leichte Körper, wie Papierschnitzel u. dgl., anzuziehen; ein mit einem Magnetstab gestrichener Stahlstab wird selbst magnetisch, zieht Eisen [* 3] an und nimmt, wenn man ihn in horizontaler Ebene frei schwebend aufhängt, eine nordsüdliche Richtung ein. Schwefel schmilzt beim Erhitzen in einem abgeschlossenen Raum, beginnt zu sieden, ¶
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verdampft und verdichtet sich, wenn der Dampf [* 5] abgekühlt wird, zu einem zarten Pulver. In allen diesen Fällen bleiben aber die genannten Substanzen stofflich unverändert, das geriebene Glas verliert allmählich wieder die Elektrizität, [* 6] der magnetisierte Stahlstab ist nach wie vor Stahl, und das zarte, aus Schwefeldampf verdichtete Pulver ist unveränderter Schwefel. Alle diese Erscheinungen gehören ins Gebiet der Physik, welche sich außerdem auch mit den Gesetzen der Bewegung, mit der Härte, Festigkeit [* 7] und Ausdehnung, [* 8] dem spezifischen Gewicht und dem Leitungsvermögen der Körper für Wärme [* 9] und Elektrizität beschäftigt.
Die Erscheinungen, deren Erforschung der
Chemie zufällt, sind dagegen ganz andrer Art. Der geruchlose
Schwefel, in einem Schälchen an der Luft stark erhitzt, entzündet sich, brennt mit blauer Flamme,
[* 10] verbreitet erstickenden
Geruch und verschwindet vollständig. Ein Stück Eisen rostet an der Lust und verwandelt sich allmählich vollständig in Rost,
welcher nichts mehr von den das Metall charakterisierenden Eigenschaften erkennen läßt. Übergießt man Eisen mit
verdünnter Schwefelsäure,
[* 11] so löst es sich darin unter Entwickelung eines brennbaren Gases, und beim Verdampfen der grünen
Lösung bleibt nicht metallisches Eisen, sondern ein grünes Salz
[* 12] zurück.
Alle diese Vorgänge sind chemischer Natur, es ändert sich bei ihnen die stoffliche Natur der Körper, und die Produkte lassen auf den ersten Blick ihre Abstammung nicht erraten. Wägt man ein Stück Eisen und nach dem Rosten, Glühen oder Auflösen in Schwefelsäure den entstandenen Rost, den Hammerschlag oder das grüne Salz, so ergibt sich eine bedeutende Gewichtszunahme. Es hat sich bei diesen Vorgängen das Eisen mit einem andern Stoffe verbunden; aber die Partikelchen der entstandenen Produkte lassen auch unter der stärksten Vergrößerung niemals ungleichartige Teilchen erkennen. Im Rost hat nicht nur das Eisen, sondern auch der Körper, mit welchem sich dieses verband, alle seine Eigenschaften eingebüßt, und es ist ein vollkommen gleichartiger neuer Körper entstanden.
Mischt man Schwefel mit Eisenpulver sehr innig, so lassen sich mit Hilfe des Magnets, des Mikroskops oder des Wassers die Bestandteile dieses Gemisches sicher unterscheiden. Erhitzt man aber das Gemenge, so tritt ein Moment ein, in welchem sich Schwefel und Eisen unter glänzender Feuererscheinung chemisch miteinander verbinden, und nun sind beide Körper nicht mehr mechanisch voneinander zu trennen, es ist ein gleichartiger Körper mit ganz neuen Eigenschaften entstanden, und nur durch chemische Mittel lassen sich seine Bestandteile erforschen.
Wenn man Kalkstein mit Säure übergießt, so braust er lebhaft auf, und es entweicht ein säuerlich riechendes Gas. Erhitzt man ein gewogenes Stück Kalkstein hinreichend stark, so ergibt eine abermalige Wägung einen bedeutenden Gewichtsverlust. Der gebrannte Kalk braust nicht mehr beim Übergießen mit Säure, und wir schließen, daß beim Erhitzen jenes säuerlich riechende Gas sich von dem Kalk getrennt hat. Hier fand eine chemische Zersetzung statt, der Kalkstein lieferte ein Gas und einen neuen Körper, der sich beim Übergießen mit Wasser sehr stark erhitzt und zu Pulver zerfällt.
Dies vollkommen trockne Pulver wiegt wieder bedeutend mehr als der gebrannte Kalk, der letztere hat sich beim Löschen chemisch mit dem Wasser verbunden, und durch kein noch so scharfes Trocknen ist das chemisch gebundene Wasser auszutreiben. Dagegen entweicht es alsbald, wenn man gasförmige Kohlensäure auf den gelöschten Kalk einwirken läßt; in einem geeigneten Apparat ist es leicht sichtbar zu machen, und das Pulver, welches nun zurückbleibt, zeigt wieder die Eigenschaft des Kalksteins, beim Übergießen mit Säuren zu brausen, es ist regenerierter Kalkstein.
Die Erforschung von Vorgängen wie die geschilderten bildet die Aufgabe der
Chemie. Um sie zu lösen,
bedarf es vor allem einer genauen Kenntnis von den Bestandteilen der Körper, mit deren Wandlungen man sich beschäftigen will.
Diese Kenntnis verschafft die analytische
Chemie. Sie läßt auf Naturprodukte und künstlich dargestellte Stoffe andre Körper
einwirken, beobachtet die dabei auftretenden Erscheinungen und schließt aus diesen auf die Gegenwart
oder Abwesenheit bestimmter Bestandteile. Im Handel findet sich z. B. ein blaues Salz, welches in keiner Weise dem Blick verrät,
woraus es besteht.
Löst man es in Wasser und stellt ein Stück blanken Stahl hinein, so bedeckt sich der Stahl mit einer roten metallischen Haut, [* 13] welche immer stärker wird, es bilden sich metallische Flitterchen, und die Lösung wird fast farblos. Das blaue Salz ist zersetzt, und als ein Bestandteil desselben ist Kupfer [* 14] erkannt. Fügt man zu einer andern Probe der Lösung einige Tropfen Chlorbaryumlösung, so scheidet sich ein weißes Pulver aus, welches auf die Gegenwart von Schwefelsäure in dem blauen Salz deutet.
Weitere systematisch angestellte Proben geben Gewißheit, ob noch andre Stoffe vorhanden sind oder nicht, und nach Beendigung
der qualitativen Analyse weiß man genau, woraus das blaue Salz besteht. Wägt man das ausgeschiedene Kupfer und den weißen
Niederschlag, welchen Chlorbaryum erzeugt hat, so kann auch die quantitative Zusammensetzung des Salzes berechnet
werden. Indem die analytische
Chemie auf solche Weise die Zusammensetzung der Körper erforschte, stieß sie zuletzt auf gewisse
Substanzen, welche jeder Kunst der Zerlegung oder Zersetzung spotteten.
Diese Körper betrachtet man als chemisch einfache oder Elemente, und die quantitative Analyse hat gelehrt, daß sie sich immer nur in ganz bestimmten Verhältnissen miteinander verbinden. Die quantitative Analyse hat in 64 Gewichtsteilen schwefliger Säure 32 Teile Schwefel und 32 Teile Sauerstoff nachgewiesen. Schweflige Säure entsteht beim Verbrennen von Schwefel an der Luft. Mag die Verbrennung nun langsam oder mit höchster Intensität verlaufen, mag nur gerade die nötige Menge oder ein sehr großer Überschuß von Sauerstoff (einem Bestandteil der Luft) vorhanden sein: stets werden sich 32 Teile Schwefel mit nicht mehr und nicht weniger als 32 Teilen Sauerstoff verbinden.
Unter bestimmten Verhältnissen nimmt freilich der Schwefel noch mehr Sauerstoff auf, dann aber nicht etwa 33 oder 34 Teile,
sondern 32+16 Teile. Nun verbinden sich 16 Teile Sauerstoff auch mit 56 Teilen Eisen, und diese selbe Menge
Eisen verbindet sich mit 32 Teilen, aber auch mit 2 x 32 Teilen Schwefel. Diese auf analytischem Wege gewonnenen Resultate wurden
durch die synthetische
Chemie bestätigt, welche sich mit der Herstellung chemischer Verbindungen beschäftigt.
Es ist gelungen, sehr viele der im Mineralreich, in Pflanzen und Tieren vorkommenden Verbindungen künstlich zu erzeugen; aber
noch größer ist die Zahl solcher Verbindungen, welche erst durch das chemische Experiment bekannt geworden sind und niemals
in der Natur vorkommen, weil die Bedingungen zu ihrer Entstehung dort nicht gegeben sind. Der Chemiker
stellt diese Bedingungen künstlich her, und indem er denselben die verschiedensten Stoffe unterwirft, stellt er Fragen an die
Natur, auf welche die Antwort niemals ausbleibt. Es kommt aber alles darauf an, wie die Fragen gestellt werden, und hierin
zeigt sich die Genialität des großen
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Chemikers, welcher die Wissenschaft oft durch ein einziges Experiment mächtig fördert. Es erscheint als die nächste Ausgabe
der synthetischen
Chemie, möglichst zahlreiche Verbindungen der einzelnen Elemente zusammenzusetzen und ihre Eigenschaften zu studieren;
denn erst dann kann man von einer befriedigenden Kenntnis eines Elements sprechen, wenn man nach den verschiedensten Seiten
hin sein Verhalten gegen andre Elemente und Verbindungen erforscht hat. Die Zahl der möglichen Verbindungen ist aber eine so
überwältigend große, daß an eine Erschöpfung gar nicht gedacht werden kann.
Schon jetzt sind viele Tausende von neuen Körpern beschrieben worden, und ihre Zahl wächst täglich. Aber es ist eine große Wandlung in den Ansichten und Absichten der Chemiker eingetreten. Man verwirft heute das Streben entdeckungslustiger Laboranten, welchen es nur um Darstellung vieler bis dahin unbekannter Verbindungen zu thun ist, und man verlangt im Gegenteil vom denkenden Chemiker, daß er sein Streben auf die Beantwortung allgemeiner Fragen richte, auf die Darlegung gesetzmäßiger Beziehungen zwischen bekannten Körpern und auf die Erforschung der wahren Natur der dargestellten Verbindungen.
Die ganze heutige
Chemie basiert auf der Annahme, daß die Körper aus unteilbaren kleinsten Teilchen bestehen, aus Atomen, welche
zwar nicht isolierbar sind, deren Gewicht sich aber durch Erforschung der quantitativen Zusammensetzung der Körper bestimmen
läßt. Wenn 1 Atom Sauerstoff 16 wiegt, so wiegt 1 Atom Schwefel 32 (s. oben), und wir haben gesehen, daß schweflige Säure,
jenes Gas, welches sich beim Verbrennen des Schwefels durch seinen erstickenden Geruch bemerkbar macht, aus 1 Atom Schwefel und 2 Atomen
Sauerstoff besteht.
Eine sauerstoffreichere Schwefelverbindung, die Schwefelsäure, enthält auf 1 Atom Schwefel 3 Atome Sauerstoff. Ein Atom Eisen bildet mit 1 Atom Sauerstoff Eisenoxydul, während 2 Atome Eisen mit 3 Atomen Sauerstoff zu Eisenoxyd sich vereinigen. Dies sind sehr einfache Verhältnisse, aber es gibt auch viel kompliziertere, und es besteht z. B. das Alkaloid der Chinarinde, das Chinin, aus 20 Atomen Kohlenstoff, 24 Atomen Wasserstoff, 2 Atomen Stickstoff und 2 Atomen Sauerstoff.
Offenbar ist mit dieser Erkenntnis schon viel gewonnen, aber bei weitem noch nicht alles. Man muß auch wissen, wie jene Atome gruppiert sind. Die Notwendigkeit solcher Kenntnis zeigen recht deutlich die isomeren Körper, d. h. diejenigen, welche bei gleicher prozentischer Zusammensetzung sehr ungleiche Eigenschaften besitzen. Essigäther und Buttersäure ergeben bei der Analyse eine Zusammensetzung aus 4 Atomen Kohlenstoff, 8 Atomen Wasserstoff und 2 Atomen Sauerstoff; aber durch Geruch und Geschmack, spezifisches Gewicht, Siedepunkt und ihr Verhalten gegen andre Körper unterscheiden sie sich auf das deutlichste, und dies Rätsel kann nur gelöst werden, wenn man erforscht, in welchen nähern Beziehungen die Bestandteile der beiden Körper zu einander stehen.
Dann ergeben sich charakteristische Atomgruppen, welche die Natur der einzelnen Verbindungen bestimmen und ihr Verhalten zu
andern Körpern voraussehen lassen. Die Erforschung solcher Verhältnisse, der Konstitution oder Struktur der Verbindungen,
ist die jetzt am eifrigsten gepflegte Aufgabe der wissenschaftlichen
Chemie, und die Resultate, welche auf diesem Gebiet gewonnen
wurden, sind höchst bedeutende. Wie einst der Astronom Leverrier aus theoretischen Erwägungen die Existenz eines Planeten
[* 16] nachwies, der dann auch von Galle an dem durch Rechnung gefundenen Ort entdeckt wurde, so haben die Chemiker
in zahlreichen Fällen Verbindungen
hergestellt, deren Existenz, ja deren Eigenschaften sie im voraus berechnet hatten.
Diese höchsten Leistungen der speziellen, praktischen oder Experimental
chemie sind nur ermöglicht worden durch eifrige
Pflege der theoretischen oder allgemeinen
Chemie, welche das Aufsuchen des Gemeinsamen, des Gesetzmäßigen in
thatsächlich festgestellten Erscheinungen, die Erkenntnis des Zusammenhanges verschiedener Erscheinungen,
die Erklärung der Erscheinungen zur Aufgabe hat. Scharf zu trennen sind aber die theoretische und die spezielle
Chemie nicht.
Spezielle chemische Thatsachen müssen als Beweise und Beispiele für die Sätze der theoretischen
Chemie angeführt und erörtert
werden; die Sätze der theoretischen
Chemie geben umgekehrt oft die Kontrolle für die Richtigkeit einzelner
Bestimmungen ab, welche zunächst für die spezielle Erkenntnis einer einzelnen Substanz ausgeführt wurden. Ebenso ist auch
die Betrachtung der physikalischen Eigenschaften von der der chemischen nicht scharf zu trennen, weder in der speziellen noch
in der theoretischen
Chemie. Die Angabe der physikalischen Eigenschaften ist fast unerläßlich, wenn überhaupt
eine Vorstellung von einem bestimmten Körper, auch nur um seine chemischen Eigenschaften zu beschreiben, gegeben werden soll.
Häufig ist ein Zusammenhang zwischen den physikalischen Eigenschaften und der chemischen Zusammensetzung nachweisbar, und
eine genaue Bestimmung der erstern kann in manchen Fällen eine Kontrolle für die richtige Ermittelung der
letztern abgeben, so daß die Kenntnis der physikalischen Eigenschaften geradezu als die der chemischen Eigenschaften bestätigend
betrachtet werden kann. Diese Beziehungen zwischen chemischen und physikalischen Eigenschaften erforscht die physikalische
Chemie.
Der auf alltägliche Beobachtung basierte große Gegensatz zwischen belebten, organisierten, und toten, unorganisierten, Körpern führte auch zu einer Einteilung der speziellen Chemie in organische und unorganische. Letztere ist die Mineralchemie, sie handelt von den Eigenschaften der die Mineralien, [* 17] die toten Körper, zusammensetzenden Stoffe, von deren Verbindungen und Zersetzungen, während die organische Chemie sich mit den Stoffen beschäftigt, aus denen Pflanzen und Tiere bestehen, welche also als Produkte des animalischen und vegetabilischen Lebens zu betrachten sind.
Kompliziertheit der chemischen Vorgänge in den Organismen entzog dieselben lange Zeit und entzieht sie zum großen Teil auch noch heute dem vollkommenen Verständnis, und dies veranlaßte die Chemiker zu der Annahme, daß die Elemente in den lebenden Organismen andern Gesetzen gehorchen als in der unbelebten Natur: man sprach von einer Lebenskraft, welche die Verbindungen und Zersetzungen modifiziere, und betrachtete den Tod als den Sieg des Chemismus über die Lebenskraft.
Die unter der Herrschaft dieser Lebenskraft entstehenden Verbindungen hielt man deshalb auch für ganz eigentümliche und nahm als selbstverständlich an, daß es niemals gelingen könne, sie außerhalb des Organismus künstlich darzustellen. Nun gelang es aber Wöhler 1828, den Harnstoff aus den Elementen zusammenzusetzen, und seitdem sind sehr zahlreiche organische Verbindungen, Pflanzen- und Tierstoffe, aus unorganischen Körpern durch Synthese gewonnen worden. Sämtliche Bestandteile der Pflanzen und Tiere bis auf das Wasser und die als Asche beim Verbrennen zurückbleibenden bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, einige enthalten außerdem Stickstoff; aber es gibt auch Verbindungen des Kohlenstoffs, welche im Mineralreich vorkommen, und einige sehr ¶