XXIII.Ueber alte und neue chemische
Formeln.Fischer, über alte und neue chemische Formeln.Die neuen chemischen Formeln und Benennungen sind rascher, als es wohl den Anschein
hatte, zur allgemeinen Geltung gekommen, so daß sie in rein wissenschaftlichen
Zeitschriften und Lehrbüchern schon fast ausschließlich gebraucht werden. Auch von
den technischen Zeitschriften, welche aus Rücksicht auf die Mehrzahl der Leser die
alten chemischen Formeln noch beibehalten, sind die neuen Anschauungen nicht mehr
gänzlich zurückzuweisen. Es dürfte daher für diejenigen der zahlreichen Leser dieses
Journals, welche diesem durchgreifenden Umschwunge der chemischen Theorien nicht
folgen mochten oder wegen Mangel an Zeit nicht folgen konnten, eine kurze
Zusammenstellung der neuen und alten Formeln nicht ganz unwillkommen sein.Nachdem schon Bergmann, Wenzel und Richter gegen Ende des vorigen Jahrhunderts gezeigt hatten, daß alle
chemischen Verbindungen nach bestimmten Gewichtsverhältnissen erfolgen, stellte 1804
Dalton seine atomistische Hypothese auf. Er führte
aus, daß die Erklärung der Cohäsion, des Aggregatzustandes, der Spaltbarkeit und
anderer Eigenschaften der Materie für die Physik die Annahme nothwendig mache, daß
alle Körper aus einer unendlichen Zahl kleinster Theilchen bestehen, daß die
chemische Analyse und Synthese nur bis zur Trennung und Wiedervereinigung dieser
kleinsten Theilchen gehen. Da diese Atome eines einfachen Körpers unter sich gleich
groß und schwer seien, chemische Verbindungen durch Aneinanderlagerung der Atome
entstehen sollten, so folgte daraus die Unveränderlichkeit der chemischen
Zusammensetzung von selbst.Da selbstverständlich das absolute Gewicht dieser Atome nicht bestimmt werden konnte,
so veröffentlichte schon Dalton die relativen
Atomgewichte, bezogen auf Wasserstoff als Einheit. Berzelius bezog seine Atomgewichte auf Sauerstoff = 100, Wollaston seine Aequivalentgewichte auf Sauerstoff = 10.
Dalton wählte stets das möglichst einfache atomistische Verhältniß und so erhielt Sauerstoff das
Atomgewicht = 8, Wasserstoff = 1 oder aber Sauerstoff = 100, Wasserstoff = 12,5 und
Wasser die Formel HO.Im Jahre 1805 zeigten A. v. Humboldt und Gay-Lussac, daß sich 2 Volumina Wasserstoff und 1
Vol. Sauerstoff zu 2 Vol. Wasserdampf verdichten. Letzterer dehnte die Untersuchung
der Volumen-Verhältnisse weiter aus und gelangte zu dem Ergebniß, daß die
Volumina der sich verbindenden Gase in einem einfachen Verhältniß zu einander und zu
dem Product-Volumen stehen. So geben z.B.
1LiterWasserstoff+ 1 L. Chlor = 2 L. Chlorwasserstoff HCl2„„+ 1 L. Sauerstoff = 2 L. Wasserdampf H₂O3„„+ 1 L. Stickstoff = 2 L. Ammoniak H₃N u.s.f.
Will man diesen Volumverhältnissen Rechnung tragen, so muß die Formel für Wasser
nicht HO sondern H₂O sein, also das Atomgewicht des Sauerstoffes = 100, des
Wasserstoffes = 6,25 (Berzelius) oder aber H = 1, O = 16
u.s.f.Nun drängt aber das Verhalten der Gase und Dämpfe gegen Druck und
Temperaturveränderungen49)Das Volumen der Gase verhält sich umgekehrt wie der Druck (Boyle und Mariotte)
und der Ausdehnungscoefficient derselben für 1° ist 0,003665. Vergl.
Ferd. Fischer: Leitfaden der Chemie und
Mineralogie nach den neuesten Ansichten der Wissenschaft. (Hannover
1873, Hahn'sche Hofbuchbandlung.) zu der Annahme, daß in gleichen Raumtheilen derselben eine gleiche Anzahl
kleinster, physisch nicht mehr theilbarer Theilchen enthalten sind, welche nach Avogadro's Vorschlag Molecüle genannt werden.Chlorwasserstoff besteht aber aus Chlor und Wasserstoff, das Molecül Chlorwasserstoff
muß demnach chemisch theilbar sein. Diese letzten Theile der Molecüle nennen wir nun
Atome. Aber nicht blos das Molecül der zusammengesetzten Körper besteht aus Atomen,
sondern auch das der einfachen. Wenn in 1 Liter Wasserstoff n Wasserstoffmolecüle vorhanden sind, so müssen auch in 1 Liter Chlor n Chlormolecüle und in 2 Liter Chlorwasserstoff 2n Salzsäuremolecüle enthalten sein. Jedes Molecül
Chlorwasserstoff muß aber wenigstens ein Atom Cl und ein Atom H enthalten; 2n Mol. also wenigstens 2n
At. Cl und 2n At. H. Diese sind aber von n Mol. H und n Mol. Cl
geliefert; 1 Mol. Wasserstoff besteht demnach aus 2 At. Wasserstoff und 1 Mol. Chlor aus
2 At. Chlor. Da diese Theile von Molecülen einzeln nicht denkbar sind, so können
Atome nicht im freien Zustande bestehen, wir nennen daherAtom: die kleinste Gewichtsmenge eines einfachen Körpers,
welche sich bei chemischen Verbindungen und Zersetzungen betheiligen kann;Molecül: die kleinste Gewichtsmenge eines Körpers, welche
im freien Zustande bestehen kann (physische Atome).Wenn sich also die Elemente nur in bestimmten Gewichts-
und Volumverhältnissen chemisch verbinden, so muß offenbar der Quotient Gewicht/Volumen, also das specifische Gewicht oder Volumgewicht (Wasserstoff = 1) in einem
einfachen Verhältniß zum Atom- und Moleculargewicht stehen z.B.
Es folgt daraus, daß das Atomgewicht der gasförmigen Elemente gleich dem
Volumgewicht, daß das Volumgewicht aller dampfförmigen Elemente und Verbindungen
gleich dem halben Moleculargewicht ist.Das specifische Gewicht (Luft = 1) des Wasserstoffes ist bekanntlich 0,0091 = 1/14,47
und 1 Liter Wasserstoff wiegt in Berlin 0,08939250)Mittheilungen des Gewerbevereines für Hannover 1873 S. 54., 14,47 abgerundet 0,0894 oder für gewöhnlich hinreichend genau 0,09 Gramm =
1 Krith (A. W. Hofmann.)51)A. W. Hofmann: Einleitung in die moderne Chemie
(Braunschweig, Vieweg und Sohn.)Das specifische Gewicht aller gasförmigen Körper ist
demnach Volumengewicht/14,47, abgerundet Volumengewicht/14,5 das absolute Gewicht
eines Liters aller Gase und Dämpfe gleich dem
Volumgewicht in Krithen. Das Moleculargewicht in Krithen ist also gleich dem Gewicht
von 2 L. Dampf; das
Mol.-G. in Gramm nimmt den Raum von 2/0,09 = 32,2 L. ein, in Kilogr. = 22,2
Kubikmeter.Wie bequem diese einfachen Beziehungen zwischen Moleculargewicht (= Summe der
At.-G. einer Verbindung) Volum-Gewicht, spec. Gewicht (Luft = 1) und
absolutem Gewicht auch für die praktische Chemie sind, mögen zwei Beispiele
zeigen.10 Kilogr. Zink werden in verdünnter Schwefelsäure gelöst; man will wissen, wie viel
Kubikmeter Wasserstoff dabei entwickelt werden.
65Grm. Zink und 98 Grm. Schwefelsäure geben also2 Grm. oder 22,2 L. Wasserstoff oder65Kg. Zink und 98 Kg. Schwefelsäure geben2 Kg. = 22,2 Kub.-M. Wasserstoff.
Es sollen 100 L. Sauerstoff hergestellt werden; wieviel chlorsaures Kalium ist dazu
erforderlich?
(KO, ClO₅=KCl+ 6O)2K . Cl O₃=2KCl+ 3O₂.24514996
245 Grm. chlorsaures Kalium geben also 96 Grm. oder 66,6 L. Sauerstoff; demnach66,6 : 100 = 245 : x; x = 368 Gr. KClO₃.Bei Elementen und Verbindungen, welche nicht unzersetzt flüchtig sind, deren
Atom- und Molecular-Gewicht demnach nicht durch die Dampfdichte
bestimmt werden kann, sind die chemischen Analogien maßgebend, namentlich
Krystallform und Wärmecapacität.Mitscherlich machte 1809 auf den Zusammenhang der äußeren
Krystallform und der chemischen Zusammensetzung aufmerksam, daß z.B. KNO₃
(KO . NO₅) und BaCO₃ (BaO . CO₂), ferner
NaNO₃ (NaO . NO₅) und CaCO₃ (CaO . CO₂) isomorph sind. (Gesetz des
Isomorphismus.)Die Zahl, welche angibt, wie viel mal mehr Wärme ein Körper gebraucht, um von
0° auf 1° erwärmt zu werden, als die gleiche Gewichtsmenge Wasser,
wird bekanntlich seine specifische Wärme genannt. Wird
diese mit dem Atomgewicht multiplicirt, so ergibt sich, daß diese Atomwärme
annähernd die Zahl 6,4 ausmacht; z.B.:
Die specifische Wärme verhält sich demnach umgekehrt wie das Atomgewicht. Das Product
aus Atomgewicht und specifische Wärme, d. i. die Atomwärme ist
eine constante Zahl. (Dulong und Petit.)Das Atomgewicht der Elemente wird dadurch annähernd bestimmt, daß 6,4 durch die
specifische Wärme dividirt wird. Die spec. Wärme des Antimons ist = 0,0508; das
Atomgewicht also 6,4 : 0,0508 = 125. Nun ergibt die Analyse des Antimonchlorürs
SbCl₃, daß hier ein Atom Chlor mit 40,67 Antimon verbunden ist. Da sich die
Elemente nur nach Atomen oder Multipla derselben vereinigen, so kann das Atomgewicht
des Antimon nur 40,67 81,34 122,01 162,68 u.s.w. sein. 122 × 0,0508 = 6,2.
Das Atomgewicht des Antimon ist demnach 122.Die specifische Wärme wird gefunden durch Division der Atomwärme 6,4 durch das
Atomgewicht der betreffenden Elemente. Das Atomgewicht des Nickel ist z.B. 58, die
specifische Wärme desselben also 6,4 : 58 = 0,11.Dieselbe Regelmäßigkeit zeigt die Wärmecapacität der Verbindungen.
u.s.f.Die Molecular-Wärme (spec. W. × Mol. G.) dividirt durch die Anzahl n der im Molecül enthaltenen Atome gibt also annähernd
die Zahl 6,4 und die Molecular-Wärme dividirt durch 6,4 annähernd die Anzahl
der im Molecül enthaltenen Atome.In der folgenden Tabelle sind diese neuen Atomgewichte und die alten
Aequivalentgewichte der wichtigsten Elemente zusammengestellt:
Wasserstoff = H = 1.NeuAltAtomAequivalentNamen der Elemente.ZeichenGewichtZeichenGewichtAluminium Al 27,5Al 13,7Antimon (Stibium) Sb 122Sb 122Arsen As 75As 75Barium Ba 137Ba 68,5Blei (Plumbum) Pb 207Pb 103,5Bor B 11B 11Brom Br 80Br 80Calcium Ca 40Ca 20Chlor Cl 35,5Cl 35,5Chrom Cr 52,5Cr 26,2Eisen (Ferrum) Fe 56Fe 28Fluor F 19F 19Jod J 127J 127Kalium K 39K 39Kohlenstoff C 12C 6Kupfer (Cuprum) Cu 63,5Cu 31,7Magnesium Mg 24Mg 12Mangan Mn 55Mn 27,5Natrium Na 23Na 23Nickel Ni 58Ni 29Phosphor P 31P 31Platin Pt 197,5Pt 98,7Quecksilber (Hydrargyrum) Hg 200Hg 100Sauerstoff (Oxygenium) O 16O 8Schwefel (Sulfur) S 32S 16Silber (Argentum) Ag 108Ag 108Silicium Si 28Si 14Stickstoff (Nitrogenium) N 14N 14Strontium Sr 88S 44Wasserstoff (Hydrogenium) H 1H 1Wismuth (Bismuthum) Bi 208Bi 208Zink Zn 65Zn 32,5Zinn (Stannum) Sn 118Sn 59
Wie schon erwähnt, vermag 1 At. Chlor 1 At. Wasserstoff, 1 At. Sauerstoff 2 At.,
Stickstoff dagegen 3 At. Wasserstoff zu binden oder zu vertreten. Das Vermögen der
verschiedenen Elemente andere zu binden oder zu ersetzen ist demnach verschieden,
der „Werth“ (Valenz, Sättigungscapacität) von Sauerstoff ist
zweimal, von Stickstoff dreimal so groß als der von Wasserstoff oder Chlor. Der
chemische Werth gibt demnach an, wie vielmal das Aequivalentgewicht des betreffenden
Elementes in seinem Atomgewicht enthalten ist vorausgesetzt, daß man unter Aequivalentgewicht nicht die bisher fälschlich so
genannten, sondern diejenigen Gewichtsmengen der Elemente und Verbindungen versteht,
welche die gleiche chemische Wirkung ausüben oder auch
diejenigen Quantitäten, welche einem Atom Wasserstoff gleichwertig sind. Hiernach sind
1werthig:H, Cl, Br, J, F, K, Na, Ag u.s.w.2„O, S, Se, Ca, Sr, Ba, Mg, Zn, Cu, Hg u.s.f.3„B, Bi, Au (N, P, As, Sb)4„C, Si, Sn, Pt, Fe, Mn, Cr, Al u.a.5„N, P, As, Sb, V u.s.w.6„W, Mo.
Von einigen Seiten wurde behauptet, diese Sättigungscapacität sei veränderlich, Cl
sei z.B. 1-, 3-, 5- und 7werthig. Es wurde dabei übersehen, daß
eine vermittels beliebiger Annahme durchgeführte willkürliche Deutung nicht für
einen wissenschaftlichen Erklärungsversuch gelten kann.52)L. Meyer: die modernen Theorien der Chemie und
ihre Bedeutung für die chemische Statik. S. 244. (Breslau 1872.)Auch die Begriffe für Säuren, Salze u.s.w. sind geändert.Säuren sind Verbindungen von Wasserstoff mit einem
einfachen oder zusammengesetzten (elektronegativen) Radical, deren Wasserstoff durch
Metalle vertreten werden kann. (Radicale sind Atomgruppen, welche ohne zu zerfallen
aus einer chemischen Verbindung in eine andere übergeführt werden können.) Z.B.HCl, H . NO, (HO, NO₅)
H₂ . SO₄ (HO, SO₃) H₃ .
SbS₄ (3 HS, SbS₅).Die Oxysäuren und Sulfosäuren werden auch aufgefaßt als Wasser oder
Schwefelwasserstoff, in denen die Hälfte Wasserstoff durch ein Säureradical
vertreten ist, also
HO . NO₂,HOHOSO₂ = (HO)₂ SO₂, (HS), SbS.
Tritt aus einer Säure sämmtlicher Wasserstoff mit der nöthigen Menge Sauerstoff oder
Schwefel als H₂O oder H₂S heraus, so bleibt das Anhydrid, wird nur ein
Theil des Wasserstoffes entfernt, eine Anhydrosäure zurück; z.B.
Die Anzahl der durch Metalle vertretbaren Wasserstoffatome oder auch der Wasserreste
HO gibt an, „wie viel basisch“ die Säure ist. H . NO₃
ist also einbasisch, H₂ . SO₄ zweibasisch u.s.f. Das
Aequivalentgewicht einer Säure ist die Gewichtsmenge derselben, welche denselben
chemischen Werth hat als 1 Mol. HCl (Mol.-G.: Bas.). Das Molecülgewicht der
Schwefelsäure ist z.B. = 98, das Aeq.-G. = 49, das Mol.-G. und
Aeq.-G. der Salpetersäure – 63. (Vergl. Dingler's polytechn. Journal 1873, Bd. CCX S. 297.)Wird in einer Säure der Wasserstoff ganz oder theilweise durch ein Metall vertreten
so entsteht ein Salz; z.B.
Statt dieser rationellen Formeln werden auch zuweilen die empirischen Molecularformeln53)Die sog. genetisch-rationellen Formeln,
z.B. für Alaun: K₂O, SO₃, Al₂O₃, 3SO₃,
für Salpeter: K₂O, N₂O₅, Kalkspath: CaO, CO₂
stimmen nicht mit dem Gesetze der Isomorphie und Wärmecapacität, stellen
demnach nicht, wie die modernen Formeln, ein
Molecül dar. Vergl. H. Kopp: Theoretische
Chemie S. 368. (Braunschweig, Vieweg und
Sohn.) angewendet, welche nur die Art und Anzahl der Atome in einer Verbindung
ausdrücken, z.B. Alaun: K₂Al₂S₄O₁₆ für
Al₂K₂ (SO₄)₄, Bariumnitrat: BaN₂O₆ für Ba
(NO₃)₂, namentlich früher auch wohl die typischen Formeln (Gerhardt u.a.), welche die
bekannteren Verbindungen auf die vier „Typen“ HCl, H₂O,
H₃N und H₄C bezogen, deren Wasserstoff durch ein anderes Element oder
ein zusammengesetztes Radical vertreten wurde, z.B.
[Textabbildung Bd. 212, S. 152]
Da nach diesen Anschauungen Salpeter = K . NO₃ als Salpetersäure aufzufassen
ist, deren Wasserstoff durch Kalium vertreten ist, also nicht als eine Verbindung
von Kaliumoxyd mit Salpetersäureanhydrid, so wird derselbe salpetersaures Kalium
genannt, Soda = Na₂ . CO₃ kohlensaures Natrium u.s.f.In neuerer Zeit wird noch eine andere Bezeichnung angewendet, entsprechend der in
England und Frankreich gebräuchlichen, welche in Lehrbüchern und Zeitschriften immer
mehr Eingang findet. Man hängt nämlich unmittelbar an den Namen des Metalles (wie
bisher schon -oxyd, -chlorid) für schwefelsaure Verbindungen das Wort
-sulfat, für schwefligsaure -sulfit, kohlensaure -carbonat,
ferner -borat, -phosphat, -silicat u.s.f. Soll zugleich die
quantitative Zusammensetzung der Verbindung angedeutet werden, so schiebt man die
Zahlwörter „mono“, „bi“,
„tri“, „tetra“ u.s.w. ein; z.B.
SbCl₃ = Antimontrichlorid, Sb₂S₅ = Antimonpentasulfid, NaH .
CO₃ = Natriumbicarbonat. Bildet ein Metall zwei verschiedene Reihen Salze, so
fügt man bei den Minimum-(Oxydul-) Verbindungen ein o, bei den
Maximum-(Oxyd-) Verbindungen ein i an den Namen des Metalles; z.B.
FeSO₄ = Ferrosulfat, Fe₂ (SO₄)₃ = Ferrosulfat u.s.f.Folgende Zusammenstellung einiger technisch wichtigen Verbindungen möge die hier nur
kurz angedeuteten modernen Ansichten erläutern; im Uebrigen muß auf die bereits
erwähnten trefflichen Werke von Hofmann, J. Kopp und L. Meyer, sowie auf
die chemischen Lehrbücher von Büchner und Gorup-Besanez (Braunschweig, Vieweg und Sohn)
verwiesen werden.54)Selbstverständlich bleibt es jedem Mitarbeiter dieses Journals überlassen,
welcher Formeln und Bezeichnungen er sich bedienen will. Um aber Irrthümer
möglichst zu vermeiden und das gegenseitige Verständniß der neuen und alten
Formeln zu erleichtern, werden künftig die alten Aequivalentformeln mit
Cursiv- (schräger) Schrift und die neuen Atomformeln mit
Antiqua-(stehender) Schrift bezeichnet, sowie den in Abhandlungen
vorkommenden alten oder neuen Formeln die entsprechenden Molecular-
resp. Aequivalentformeln in Klammern beigefügt, um dergestalt den Anhängern
beider Schreibweisen gerecht zu werden. Die
Redaction.