Einige neue Welt der chemischen Verbindungen Текст научной статьи по специальности «Языкознание и литературоведение»

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EINE NEUE M'EI/Г DER CHEMISCHEN YERMNIOGEN.

I Uoiuochemisclie Verbindungen ]')')* 3).

У о ii I’. P. vo и AV e i m a r n.

In einer von meinen Abhandlungen1) aus dem Jahre 1907, habe ich besonders betont, dass die erste und grundlegendste Leitidee meiner Untersuchungen,—die Idee, die aus der Gesamtheit unseres Wissens und meiner eigenen Beobachtungen abgeleitet ist-die Idee der Vektorialität von Atom-und Molekularkräften ist.

In dieser Abhandlung war unter anderem hingewiesen worden, dass es unmöglich ist sich sogar vorzustellen eine absolute Amorphie von Kräften, die die Atome in Moleküle irgend einer chemischen Verbindung, z. B. Eisenoxyd, im Gleichgewichte halten.

Eine folgerichtige Durchführung der genannten Idee im Gebiete der Lehre von den Zuständen, resp. der Lehre von den Kolloiden, gestattete mir eine Reihe von neuen Erscheinungen und Gesetzmässigkeiten zu entdecken.

Dieselbe Idee erwies sich als ausserordentlich frruchtbar auch in einem anderen Gebiete,—in dem Gebiete, welches über chemische Verbindungen handelt.

Die Behauptung, nämlich, dass Atom-und Molekularkräfte vektorial sind ist gleichbedeutend dem Grundsätze, dass chemische Kräfte einen vektorialen Charakter haben.

Aus dicsemselben Grundsätze folgt unmittelbar, dass der Übergang aus dem gasförmig-flüssigen Zustande in den festen-kristallinischcn Zustand ein chemischer Prozess ist, und, wie wir weiter unten sehen werden, dass chemisch-homogene Kristalle die einfachsten Representanten

') Aus dem russischen übersetzt von A. Janek.

5i Dies« zussainmvufassnnde Al.hamllung wurde von mir aufgcschriobcn auf Wunsch ■ior Studenten des l'ral-llergiustRuts für die Studenten Zeitschrift .Das Junge Russland», woselbst sic auch erschien im Mai-Heft 191!).

3) In dieser Abhandlung ist in aller Kürze dargelogt die Evolution der Anwendungen der Idee von der Vektorialität in meinen Untersuchungen während zehn Jahren, von 11)00— Ш0.

Seit 1!»17 hin ir|i gezwungen meine wissenschaftliche Tätigkeit einznstellon, denn seit der Zeit nimmt das Ural-Ucg-Iiistitut meine ganze Energie in Ansprüche.

*] 1’. P. vou Wcimaru. Koll-Zyitschr. 1908. Seite 200.

einer ausserordentlich umfangreichen Welt dor homochomlschon Verbindungen sind, d. h, soli her Vorbindungon, in wolchon sich die Verwandschaft zwischen gleichartigen Atomen entfaltet1).

Flüssigkeiten und ("lnso muss man, kraft dieser Schlussfolgerung, als disperse Systeme dieses vcktorialen Polymers-Kristalls oder seiner anderen vcktorialen Modifikationen betrachtena).

Wenn nun chemisch-homogene Kristalle chemische Verbindungen sind, so hisst sich unmittelbar hioraus die Schlussfolgerung ziehen, dass die Valenz hei den Atomen aller Elemente ohne Ausnahme nicht kleiner slon kann als sechs3), donn widrigenfalls würden in unserem dreidimensionalen Kau me die Erscheinungen des Wachsens der Kristalle unmöglich sein, und hei kleinerer Zahl der Valenzen würden wir entweder einseitiges Wachson haben, oder wir würden erhalten Atom-Oberflächen oder Atom-Faden (2 Valenzen), anstatt Körper, die den Raum füllen.

Somit haben die Atome aller chemischen Elemente die gleiche minimale Zahl der Valenzen (sechs), und wenn die Zahl der Wasserstoff-atomo oder Sauorstoffatomc, die von den Atomen der verschiedenen Gruppen des periodischen Systems der Elemente festgehalten werden, verschieden ist, so liegt die Ursache davon vor allen Dingen in der Grösse der Oberfläche der Atome und in den Erscheinungen der Dublettierung.

Das evidente Fallen (nach der IV Gruppe) der Zahl der Wassor-stotratomo, die auf ein Atom der Elemente der V — VIII Gruppe kommen, -wird hervorgerulen durch die Festigkeit (Inständigkeit) der Dublette der Wasserstoffatomc, denn z. B. in einer Wasserstoffverbindung der sechsten Gruppe würden auf ein Atom sechs Wasserstoffatome kommen, die zu nah aneinander sein würden und unbedingt führen würden zur Bildung von Wasserstoffdubletten, die überhaupt chemisch wrenig aktiv sind.

Das ausnehmend geringe Gewicht des Wasserstoffatoms und seine damit verbundene grössere Beweglichkeit zusammen mit der Festigkeit des Wasserstoffdubletts geben nicht die Möglichkeit einem Atom eines Elemonts viele Wasserstoffätome um sich zu konzentrieren.

Die üppige Absorbion des Wasserstoffs von den Metallen der VIII Gruppe (z. B. Platin, Palladium u. a.) zeigt deutlich, dass diese Metalle der Kampfplatz der Kräfte sind, die sich bemühen das Dublett des Wasserstoffs geschlossen zu halten, mit der chemischen Anziehung zwischen den Wasserstoffatomen und den Metallatomen, die sich bemühen das Wasserstoffdublett zu öffnen (zu atomisieren).

Das Sicliniclitverbinden des Fluors weder mit Sauerstoff, noch mit Stickstoff oder Chlor, ist deutlich zu begreifen, wenn man die Festigkeit der Dublette aller dieser Elemente in Betracht zieht4).

Die dublottierten Atome solcher Stoffe, wie Wasserstoff, Stickstoff Fluor u. a* geben uns den deutlichsten Begriff über die Grösse der In-

1\ P. von Weimarn. Journ. Kuss. Chm. Ges. lölfi. Sp.it.p. 70П

tensttät von homochemlschen Kräften und die Moleküle des Wasserstoffs, Sauerstoffs u. а. sind Beispiele von beständigsten homochemischen Verbindungen.

Bol sehr hoher Temperatur, wenn die weniger temperatur-stabilen Valenzen nicht fähig sind die sich schnell bewegenden Atome zusammen-zuhaltcn (auch eine Stahlstange zerreist bei übermässiger Entwicklung der Zentrifugalkraft), beginnen die ausserordentlich starken Valenzen, die in den festesten Dubletten verborgen sind, ihre Wirkung zu entfalten und vergrüsseren bei höheren Temperaturen die Beständigkeit der Verbindungen, die mit Wärmeabsorbtion gebildet sind; in einer solchen Beständig-keitsorhöhung existiert kein Widerspruch (welcher Meinung z. B. W. Ostwald1) war, indem er die Erscheinungen der Dublettierung der Atome nicht in Betracht zog) mit den Vorstellungen der kinetischen Gastheorie.

Die Kristalle des Diamanten, Platins und anderer schwer schmelzbarer Metalle, die Dublette des Wasserstoffs und anderer elementarer Substanzen sind Beispiele der stabilsten homochemischen Verbindungen.

Aber, natürlich, befinden sich in der Klasse der homochemischen Verbindungen auch, verhältnismässig wenig-beständige, wobei zwischen dem Ropresentanten der zwei Gegensätze, der beständigen und wenig beständigen homochemischen Verbindungen, Representanten von mittlerer Beständigkeit zu finden sind, welche durch ihre Anwesenheit die schar-len Gegensätze der äussersten Glieder glätten.

Wenig-beständige (bei gewöhnlichen Vcrsuchsbedingungon) honiochemische Verbindungen spielen eine hervorragende Rolle in der Erkenntnis der Natur der kolloiden und echten Lösungen und sie sind so zahl)eich, dass das Leben von Hunderten von energischen jungen 1 о schein nicht hinreichend ist um diese Verbindungen nur zu analy->> о en.

Diese liomochemische Verbindungen stellen, eine neue Welt мт chemischen Verbindungen dar.

Die Notwendigkeit ihrer Existenz ist leicht theoretisch abzuleitcn.

Die Resultate der Lehre von den Kolloiden (Dispersoidologie) haben mich zum notwendigen Schlüsse geführt, dass die chemischen Verbindungen betrachtet werden müssen als Zusammcnhäufung von kleinsten Teilchen der Substanzen (Atome), die die Eigenschaften, welche ihnen im freien Zustande zukommen, mehr oder weniger verändert, aber nicht verloren haben*).

Hieraus folgt, dass wean z. B. die Baryumatome im freien Zustande liomochemische Verbindungen—Kristalle—bilden, so werden solche Вагу wmatoinc, die von verschiedenen anderen Atomen in ihren hcterochemi-schcn Verbindungen beschwert sind, auch liomochemische Verbindungen miteinander geben, d. h. Baryumsulfat wird liomochemische Verbindungen gehen mit allen anderen Baryumverbindungen: Baryumhydroxyd,

>) \Y. Ostwald. Grundriss d. allp. Choinie. 1 Auflage. 378 (1009). •I Г. Г. ron WVimarn. Journ. Kuss. Chmu. IHM. Soito Ö21.

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t*rz

Haloidverbindungen, essigsaurem, chlorsaurem, salpetowuirem Btiryum, Rhoilanbarynm 11, a. Baryumsalzen.

Da aber im Baryumsulfat ausser dem Baryumatom noch der Rest der Schwefelsäure anwesend ist, so wird Baryumsulfat auch homochemische Verbindungen geben mit allen Sulfaten beliebiger Metalle.

Das was über Baryumsulfat gesagt worden ist, ist zu wiederholen auch über ein beliebiges anderes Salz oder andere zusammengesetzte oder elementare Substanz.

Es war ebenso leicht die homochemische Verbindungen zu erhalten, wie leicht die Schlussfolgerung zu ziehen war über ihre Existenz.

Dass bis jetzt diese Verbindungen zufällig oder systemlos erhalten wurden, bat den Grund darin, dass man keine klaren Vorstellungen gehabt hat hinsichtlich ihrer Natur und ihrer Existenzbedingungen.

Da diese Verbindungen meistenteils in Grenzen (bei gewöhnlichem Drucke) nicht hoher Temperaturen existieren, so werden sie erhalten bei Reaktionen in flüssigen Medien.

Die Dissoziationsfähigkeit des Mediums befindet sich in direkter Abhängigkeit von seiner Dielektrizitätskonstante; für Wasser ist diese Konstante 81,7, für Aethylalkohol—27,4, für Propylalkohol — 20,4, für Butylalkohol-noch geringer.

Ausserdem befindet sich die Stabilität der homochemischen und heterochemischen Verbindungen in umgekehrter Abhängigkeit von der Temperatur.

Indem ich (seit 1907) die kolloide Synthese der verschiedensten Substanzen (ungei. 200) bei verschiedenen Temperaturen (+100° bis —100°) in Mischungen von Wasser mit Aethylalkohol, Propylalkohol und Butylalkohol realisiere, konnte ich mich über die Richtigkeit des folgenden Satzes überzeugen: bei entsprechenden Bedingungen gibt jede beliebige Substanz mit jeder anderen Substanz, welche mit der erstellen gemeinsame Atome oder Atomgruppen hat, homocliemischo Verbindungen.

Die Existenz dieser homochemischen Verbindungen hat mir die Möglichkeit gegeben eine allgemeine Methode der Herstellung von kolloiden Lösungen auszuarbeiten (die Dispergationsmethode und die Methode dos dispersoiden Parasitismus), welche in vielen Hinsichten als Modelle der echten Lösungen erscheinen, und ich konnte folgendes Prinzip aufstellen1): «ebenso wie man zu einer geraden Linie in der Ebene eine parallele Linie durch einen Punkt ziehen kann und beliebig viele geneigte, wobei sich einige von ihnen kaum von der parallen Richtung unterscheiden, ganz ebenso kann man eine Reihe dispersoider (kolloider) Lösungen ein und desselben Stoffes von den allerverschiedenartigston Gradationen der Beständigkeit erhalten. Doch niemals kann man eine disper-soide (kolloide) Lösung von unbegrenzter Beständigkeit, die nur der wahren Lösung eigentümlich ist. erhalten».

') i\ 1’. vnn Wrimarn. KoIl.-'/.eitschr. VIII. (10111 Soito 25. XII. 207. (UHU).

— и -

Mit Hilfe des dispersoiden Parasitismus (Dispergatlon auf Kosten der homochomischen Verbindungen) ist es möglich kolloide Lösungen zu erhalten von üusserst hoher Stabilität und sehr hoher Konzentration: «Konzentration von 20 und sogar 50% dürfen für diese Fülle nicht paradox klingen»1).

Eine kolloide Lösung von Baryumsulfat im 50°/o Aethylalkohol (Konzentration 0,25°/o), welche ich demonstriert habe auf dem I Mende lejeff-Kongress im Jahre 1907 hat sich erhalten bis jetzt; kolloide Lösungen von einigen Prozenten und sogar Zehnten von Prozenten derselben Substanz im Alkohol-Wasser Medium halten sich monatelang und wochenlang und jede beliebige Substanz kann erhalten werden in solchem stabilen und hohkonzentrierten kolloiden Zustande.

Dies ist keine theoretische Schussfolgerung, aber einfach eine Schlussfolgerung aus meinem experimentellen Material.

Die Herstellung und die Erforschung der obenerwähnten stabilen kolloiden Lösungen hat mir gestattet eine allgemeine Theorie des Lösens und der Lösungen zu geben, in welchen wenigstabile homochemische (teilweise auch heterochemische) Verbindungen eine grosse Rolle spielen3).

Homo-und lieterochennsche Anziehungen spielen eine grosse Rolle auch in den Erscheinungen der Übersättigung.

Welches sind die Gesetze dieser wenigstabilen homochemischen Verbindungen?

Dieselben, wie die der heterochemischen.

Ilomtchemische Verbindungen kristallisieren gut, ihre chemische Zusammensetzung ist öfters sehr einfach: z. R. Molekül auf Molekül oder ein Molekül auf zwei.

Viele von ihnen schmelzen ohne* Zersetzung: aus Lösungsmitteln, welche sie nicht gänzlich dissoziieren, sind diese Verbindungen wieder reversibel zu erhalten.

Als Beispiele sind zu erwähnen die schon längst (1827, 1832) in Nadeln, von mir aber in schönen Kristallen, erhaltenen homocheniischen Verbindungen von Jodsilber mit salpetersaurein Sillier (Molekül auf Molekül) und Jodsilber mit Jodkalium (ebenfalls Molekül auf Molekül), erstores schmilzt bei 95°, letzteres wird gelb reversibel bei ungef. 200° und schmilzt nahe 500°.

Da die Rildung dieser homochemischcn Verbindungen hauptsächlich wegen der Anziehung der Atome stattfindet (z. B. Silber), welche beschwert sind von ungleichartigen Atomen (z. B. Jod und der Rest der Salpetersäure), zwischen welchen die Anziehung geringer ist, als zwischen gleichartigen Atomen iz. B. nur Jodsilber oder nur salpetersaures Sillier), so sind diese Verbindungen leichter schmelzbar (z. B. die ho-mocheniisehe Verbindungen des Jodsilbers mit salpetersaurein Silber schmilzt hei !•'»", Jodsilber bei 52fi" salpetersaures — hei 2П9“) und

’) I*. I’. v ii и \V с i ш а r ii. Koll.-ZiMtsohr. ІПІЯ. Seit,- 308.

>1 l\ Г. von W о i ui а r ii. (irunilzfljfp der disjiorsoidolouisclifii Tlionrii" dor ccliteii l.osiingpii. lain.

lockerer (z. B. die Kristalle der homochemischeu Verbindungen des Jodsilbers und Jodkaliums schwimmen auf der Oberfläche der Lösung, welche sie ausgeschieden hat; in dieser Lösung sinken die Kristalle des Jodkalinms und die des Jodsilbers), denn die Komponenten.

Es muss durchaus nicht geschlossen werden, dass dies spezifische Eigenschaften der homochemischeu Verbindungen sind.

Obgleich Wasser höher schmilzt, denn seine Komponenten, so zersetzt es sich docli leichter, als die Dublette des Wasserstoffs und Sauerstoffs; ausserdem gibt cs viele heterochemische Verbindungen, welche niedriger schmelzen als ihre Komponenten und sich zersetzen bei gewöhnlichem Drucke vor dem Schmelzpunkte.

Überhaupt, verdankt seiner Existenz, sehr oft, wenn nicht jedesmal, eine hetcrochemische Verbindung—welche höher schmilzt als ihre Komponenten—den stärksten Valenzen, die in dublettierten und komplizierteren Molekülen [ Am ] verborgen sind.

Die homochemischen Verbindungen, über welche oben die Rede war und welche eine so grösse Bedeutung für die kolloide Synthese haben, befinden sich in Lösungen im dynamischen Zustande, im Zustande des mobilen Gleichgewichtes, und auf sie lässt sich natürlich das Massen Wirkungsgesetz verbreiten; aus diesem Grunde können diese Verbindungen, im Falle eines grossen Überschusses einer Komponente, auch in wässrigen Lösungen erhalten werden und geben die Möglichkeit stabile kolloide Lösungen zu erhalten, z. B. des Baryimisulfats, auch im wässrigen Mittel (z. B. das System, gebildet aus Baryumazetat und A!u-miuiumsulfat im Wasser).

Bei Temperaturerhöhung und bei Verdünnung scheiden diese homochemischen Verbindungen den weniger löslichen Teil als Niederschlag aus, und, bei entsprechenden Bedingungen, können äusserst stabile kolloide Lösungen erhalten werden.

Man kann aber noch lange nicht alle homochemischeu Verbindungen in grob-dispersen Zustande—im Form von grossen Kristallen aus-scheidcn, viele von ihnen existieren, nach dem Grundgesetze der Dis-persuidologie1), in hoch dispersem Zustande, was von grosser Wichtigkeit ist für die Erkenntnis des Lösungsprozesses3).

Einige von solchen dynamischen homochemischeu Verbindungen, können bei starker Temperaturerniedrigung in statische übergctühri werden und in grossen Kristallen isoliert werden.

Die Schmelzmethode, die eine so grosse Verbreitung gefunden hat und von manchen Forschern als univcr.-alc Methode des Aul'fiudous chemischer Verbindungen betrachtet wird, bietet nicht die - Möglichkeit nicht nur die Existenz der homochemischeu Verbindungen festzustellen, sondern auch die der äusserst stabilen heterochemischeti Verbindungen, die bei holier Temperatur sich bilden.

ij Г. Г. von XVeiiuaru. Nachrichten dos l’etersh. Н'тц. Inst. 1'.113. Seite I3S. Koll.-/.eischr. II! 13. Seite 121.

*) 1’. I1. von \Veimatu. (.iriuulzüjje der dispers. Theorie echter Ldautiyeu.

P's muss überhaupt bemerkt werden, dass die Schmelzmethode (und andere analogen physiko-chemischen Methoden) die Möglichkeit bietet nur die Existenz einiger, bei bestimmten Temperaturbedingungen existierender, Verbindungen festzustellen.

Äusscrst stabile Verbindungen, welche bei -hohen (z. I?. wegen Schwächung der Dublette) und bei niedrigen Temperaturen sich bilden können, können nicht entdeckt werden mit dieser Methode.

Die homochemischen Verbindungen, die, wie oben erwähnt wurde, mir gestattet haben solche kolloide Lösungen vorzubereiten, die in vielen Hinsichten Modelle der echten Lösungen sind, haben mir gestattet auch chemische Reaktionen der Verbindung, Zersetzung und des doppelte Umsatzes zu imitieren.

So z. Ii.j die Teilchen eines kolloiden Niederschlages von Baryum-sulfat in Alkohol -Wasser Medium, deren Oberflächen, wegen homochemischer Anziehung, mit Maugansulfat-Molekülen befleckt sind, enteinigen sich und gehen in den kolloidgelösten Zustand über, wenn irgend ein Hary umsalz hinzugefügt ist; umgekehrt, die Teilchen einer solchen kolloiden Lösung verbinden sich und geben einen Niederschlag, wenn ein scliwefelsaures Salz hinzugefügt ist.

Die Imitation der Reaktionen der Vorbindung, Zersetzung und des doppelten Umsatzes werden noch interessanter, wenn zwei kolloide Lösungen derselben Substanz, aber mit verschiedenen liomochemischen Verbindungen auf den Oberflächen der Teilchen, gemischt werden; z. B. in Alkohol-Wasser Medium bei—10° eine kolloide Lösung von Jodsilber mit einem Überschuss von Jodkalium und eine kolloide Lösung desselben Jodsilbers mit eiuem Überschuss von Silbernitrat.

In Abhängigkeit von der Grösse des Überschusses von Jodkalium und Silbernitrat und von den Volumen der zu mischenden kolloiden Lösungen, ist es möglich zu erreichen, dass sich die Teilchen vereinigen und sich absetzen und sich wieder enteinigen und dispergieren.

Die liomochemischen Verbindungen gestatten sehr wichtige Schlussfolgerungen überhaupt über die Natur der chemischen Verbindungen zu ziehen und gestatten den Zwischenraum zwischen sogen, «echten» Verbindungen und den «Adsorbtionsverbindungcn» zu füllen:

Die Betrachtung dieser Frage ist von äusserster Wichtigkeit für die Chemie überhaupt, geht aber über die Grenzen dieser Schrift hinaus1).

Ich will hier nur erwähnen, dass verschiedene Erscheinungen der sogen, «physischen» Anziehung zwischen verschiedenen Substanzen Äusserungen derselben Atomkräfte sind, welche, bei entsprechenden Bedingungen, die beständigsten chemischen Verbindungen geben und die Schwäche dieser Anziehung, im Vergleiche mit der Anziehung der Atome im freien Zustande, wird iicrvorgerufen dadurch, dass die sich anziehenden Atome von anderen Atomen beschwert sind.

■) sit li.- mt'iut- friiln-iiMi Si-lirifteu über diese Кгаце: (jrumlziige der bisperswJi-licmio. (011. Dresden. Seite W-Jtt. und Jouru. Kuss. Chem. Ges. 1011. Seite 1915—1018.

l)iese Schlussfolgerung betrifft sowohl die homochemische als auch die helcrochemischc Anziehung der Atome sich berührender Substanzen.

Die unendlichen Streite zwischen den Anhängern der «chemischen» und «physischen» Theorien müssen von den Standpunkten, die in dieser Schrift entwickelt worden sind als in wissenschaftlicher Hinsicht bedeutungslos betrachtet werden, denn es handelt sich um Äusserungen der Natur nach gleichartiger Kräfte.

Nur die verschiedene Intensität dieser Äusserung und die mit dieser Verschiedenheit verknüpften Veränderungen in der Struktur sich berührender Substanzen (welche Veränderungen sich in den extremen Füllen der stetigen Erscheinungsreihe stark unterscheiden) können als Prinzipien einer rationellen Systhematik der uichttrennbareu «physischen» und «chemischen» Erscheinungen gelten1).

Deswegen können nur diejenigen Theorien richtig sein, die weder die «physischen» noch die «chemischen» Äusserungen der Atomkräfte entwerten; diese Th orien müssen «physiko-chcmischc» genannt werden.

Ilomochemische und hetcrochemische Anziehungen der Atome in sich berührenden Substanzen spielen oine grosse Rolle sowohl in den Erscheinungen der Katalyse, als auch in den Erscheinungen der Herührungs— und Rcibungslektrizität.

Die noch junge Wissenschaft— «Dispersoidologie»—gestattet eine so grosse Zahl der verschiedensten Teile der Naturwissenschaft von neuen Standpunkten aus zu beleuchten, dass man tatsächlich leiden muss von dem Nichleiitsprecheu der Kräfte und der Zeit beim einzelnen Forscher gegenüber der Menge der Probleme, welche die Dispersoidologie mit erschöpfender Vollständigkeit zu lösen gestattet.

Und mau ist gezwungen zu bedaurn, dass der Forscher nur 2 Hände hat zum Experimentieren und der Tag 24 Stunden.

Aber da, wo die Kräfte des einzelnen Forschers nicht genügen, da genügt die Gesamtheit der Kräfte eiimr Forscherkollektivc.

Diese Kollektive von jungen energischen Forschern muss auch das Ural Bergiustitut geben und ich bin überzeugt dass letzteres solche geben wird.

rotersluivj’-l'itati'riiibmj;.

ІІИКІ-19ІС.

•j 1’. P. von Weimarn. Koll.-Zoitsclir. IDO!). Seite 156.