MKL1888:Gase

[929] Gase, im weitesten Sinn luftförmige Körper, d. h. Körper, welche, indem ihre Teilchen das Bestreben haben, sich nach allen Seiten hin möglichst weit voneinander zu entfernen, mit Expansivkraft (Spannkraft, Tension) begabt sind (s. Aggregatzustände, Aerostatik). Im engern Sinne nennt man jedoch G. oder Luftarten nur solche luftförmige Körper, welche unter gewöhnlichen Druck- und Temperaturverhältnissen als Flüssigkeiten nicht bestehen können, wie Sauerstoff, Stickstoff und die aus beiden gemischte atmosphärische Luft, Wasserstoff, Chlor, Stickoxyd, Kohlenoxyd, Kohlensäure, Schwefelwasserstoff, Ammoniak u. v. a., im Gegensatz zu den Dämpfen, welche luftförmige Körper sind, die unter gewöhnlichen Verhältnissen auch im flüssigen Zustand existieren, wie Wasser-, Alkohol-, Äther-, Bromdampf u. a. (s. Dampf).

I. Physikalisches.

Wie in ihren chemischen, so sind die G. auch in vielen ihrer physikalischen Eigenschaften sehr verschieden, z. B. in ihren spezifischen Gewichten (Sauerstoff ist 16mal, Chlor 35,5mal so schwer als ein gleich großes Volumen Wasserstoff), in ihrer Fähigkeit, von Flüssigkeiten und festen Körpern absorbiert zu werden (s. Absorption), in ihrer Farbe (Chlor z. B. ist grünlichgelb) etc. Dagegen sind allen Gasen gewisse physikalische Eigenschaften gemeinsam. Vermöge ihres Bestrebens, sich nach allen Seiten hin auszudehnen (Ausdehnbarkeit, Expansivvermögen), füllen die G. jeden ihnen gebotenen Raum vollständig aus und äußern im Ruhestand auf die sie umschließenden Gegenstände nach allen Seiten hin gleichmäßig einen Druck (Spannung, Expansivkraft, Tension). Man erklärt das Ausbreitungsbestreben der G. gegenwärtig durch die Annahme, daß die kleinsten Teilchen derselben in lebhaft fortschreitender Bewegung sich befinden, daß jedes Gasmolekül immer in gerader Linie fortgeht, bis es gegen eine feste Wand oder ein andres Molekül trifft und von demselben zurückgeworfen wird. Aus dieser Annahme (mechanische oder kinetische Theorie der G.) erklären sich mit Leichtigkeit alle für die G. geltenden Gesetze (s. Wärme), z. B. das Mariottesche (Boylesche) Gesetz, daß der Druck eines (vollkommenen) Gases seinem Volumen umgekehrt proportional ist, das Gay-Lussacsche Gesetz, daß alle G. bei gleicher Temperaturzunahme sich um gleichviel ausdehnen (s. Ausdehnung, S. 110 f.), das Avogadrosche Gesetz, daß [930] verschiedene G. bei gleichem Druck und gleicher Temperatur in gleichen Raumteilen gleich viele Moleküle enthalten und demnach die Molekulargewichte gasförmiger Körper sich verhalten wie ihre spezifischen Gewichte. Es erklären sich daraus ferner die Gesetze der Diffusion (s. d.) und des Ausfließens der G. (s. Ausflußgeschwindigkeit). Alle diese Gesetze gelten mit voller Strenge indes nur für einen idealen, vollkommenen Gaszustand, in welchem die Moleküle so weit voneinander entfernt sind, daß zwischen ihnen keine Anziehung (Kohäsion) mehr wirksam ist. Werden die Moleküle durch Zusammenpressen oder Abkühlen des Gases einander so weit genähert, daß die molekulare Anziehung (Kohäsion) sich wieder geltend machen kann, so gehen die G. in den Zustand der Dämpfe über (s. Dampf) und werden zunächst zu gesättigtem Dampf, welcher durch weitere Abkühlung oder Zusammenpressung in den flüssigen Zustand übergeht (Verflüssigung oder Liquefaktion der G.). Die G. sind demnach nichts andres als ungesättigte oder „überhitzte“ Dämpfe (s. Dampf), welche sehr weit von ihrem Sättigungspunkt entfernt sind, Dämpfe, welche aus Flüssigkeiten entstanden sind, deren Siedepunkt sehr tief liegt. Manche G. sind sehr leicht zur Flüssigkeit verdichtbar, durch bloße Abkühlung oder auch bei gewöhnlicher Temperatur durch verhältnismäßig geringen Druck. Wird z. B. die gasförmige schweflige Säure durch eine Kältemischung aus Schnee und Kochsalz abgekühlt, so verdichtet sie sich zu einer farblosen Flüssigkeit, welche schon bei 10° unter Null siedet. Zur Zusammendrückung der leichter verdichtbaren G. bedient man sich des Örstedschen Kompressionsapparats (s. Piezometer). Hierbei nimmt ihr Druck zuerst nach dem Boyleschen Gesetz zu. Nähert sich aber das Gas seinem Sättigungspunkt, so verringert sich sein Rauminhalt schneller als derjenige der Luft. So werden bei 0° Cyan und schweflige Säure bei einem Druck von 3 Atmosphären, Chlor bei 4, Ammoniak bei 61/2 Atmosphären flüssig. Schwerer verdichtbare G. werden flüssig gemacht, indem man sie mittels einer Kompressionspumpe (Natterers Kompressionsapparat) in eine starke, mit Ventil versehene eiserne Flasche preßt und gleichzeitig stark abkühlt. Kohlensäure wird auf diese Weise bei 38, Stickstoffoxydul bei 50 Atmosphären flüssig.

Durch sehr starken Druck und hohe Kältegrade (bis −110°) war es Faraday gelungen, die meisten G. zu Flüssigkeiten zu verdichten; nur einige wenige, nämlich Wasserstoff, Sumpfgas, Kohlenoxyd, Stickstoffoxyd, Stickstoff, Sauerstoff und daher auch die aus den beiden letztern Gasen gemischte atmosphärische Luft, hatten bis in die neueste Zeit allen dahin gerichteten Bemühungen widerstanden und daher den Namen der permanenten („beständigen“) G. erhalten, im Gegensatz zu jenen koerzibeln („bezwingbaren“) Gasen; Colladon hatte dieselben bei −30° C. auf 400 Atmosphären, Natterer sogar bis auf 3000 Atmosphären zusammengepreßt, ohne Verflüssigung zu erzielen. Von diesem widerspenstigen Verhalten gibt die mechanische Wärmetheorie folgende Erklärung. Wärme ist nichts andres als Bewegung der kleinsten Körperteilchen oder Moleküle. Die Temperatur, welche wir empfinden oder durch das Thermometer messen, entspricht der Energie oder der Wucht dieser Bewegung. Die Energie der Wärmebewegung wirkt der Anziehungskraft (Kohäsion), welche bestrebt ist, die Moleküle eines Gases zu einer Flüssigkeit zusammenrinnen zu lassen, entgegen. Solange die Temperatur so hoch ist, daß die Wucht der Wärmebewegung jener Anziehungskraft die Wage hält oder sie übertrifft, wird das Gas nicht flüssig gemacht werden können, wie sehr man es auch zusammendrücken mag. Für jeden Stoff gibt es daher eine sogen. kritische Temperatur, über welcher der Stoff bei jedem noch so großen Druck gasförmig bleibt. Für Ätherdampf beträgt die kritische Temperatur 196°, für Kohlensäure 31°, für die sogen. permanenten G. liegt sie sehr tief unter 0°. Bei den Versuchen Colladons und Natterers lag die Temperatur noch oberhalb dieses kritischen Punktes. Damit die Verflüssigung gelinge, ist es notwendig, neben sehr starkem Druck möglichst tiefe Kälte einwirken zu lassen. Indem Cailletet in Paris und Pictet in Genf diese Bedingung erfüllten, gelang es ihnen fast gleichzeitig gegen Ende des Jahrs 1877, die bisher sogen. „permanenten“ G. flüssig zu machen. Cailletet drückte die G. in einer engen dickwandigen Glasröhre mittels einer hydraulischen Presse zusammen. Sauerstoffgas, durch flüssige schweflige Säure auf −29° C. abgekühlt, blieb selbst bei einem Druck von 300 Atmosphären noch gasförmig; nun wird rasch ein Hahn geöffnet, der einen Teil des Gases in die Luft entweichen läßt; zu der Arbeit, welche das plötzlich sich ausdehnende Gas hierbei leistet, verbraucht es eine so bedeutende Wärmemenge (s. Wärme), daß es um etwa 200° tiefer erkaltet. Bei dieser plötzlichen Entspannung sah man nun in der Röhre einen Nebel entstehen, welcher aus feinen Tröpfchen oder Bläschen flüssigen Sauerstoffs bestand. Ähnliche Erscheinungen zeigten Stickstoff, Kohlenoxyd, atmosphärische Luft und selbst Wasserstoff. Während Cailletet die genannten G. nur als zarte Nebel bei plötzlicher Ausdehnung nach starker Zusammenpressung auftreten sah, gelang es Pictet, durch hohen Druck und starke Abkühlung größere Mengen flüssigen Sauerstoffs und Wasserstoffs zu erhalten. Das Verfahren,



Apparat zur Darstellung von flüssigem Sauerstoff.

dessen er sich bediente, wird durch obenstehende Figur erläutert. Das Sauerstoffgas entwickelt sich aus chlorsaurem Kalium, welches in einem starkwandigen eisernen Gefäß A erhitzt wird. An das eiserne Gefäß ist eine starkwandige, 3,70 m lange Kupferröhre B angeschraubt, welche bei C ein Manometer zum Ablesen des in der Röhre herrschenden Druckes trägt und bei b durch einen Schraubenhahn verschlossen ist. In dieser Röhre wird das Gas durch seinen eignen, [931] durch die fortgesetzte Gasentwickelung sich steigernden Druck zusammengepreßt. Die Röhre B ist umgeben von einem weitern Rohr D, in welchem sich flüssige Kohlensäure (oder Stickstoffoxydul) befindet, welche durch die gekuppelten Pumpen F und F′ zwischen dem röhrenförmigen Behälter E und dem Rohr D durch die engen Röhren ef‌f′ in der Richtung der Pfeile in fortwährendem Kreislauf gehalten wird. Durch die Wirkung der Pumpen wird eine so rasche Verdampfung der flüssigen Kohlensäure bewirkt, daß ihre Temperatur infolge des hierbei stattfindenden Wärmeverbrauchs auf −130° C. sinkt. Um eine so große Menge (2 kg) Kohlensäure in flüssigem Zustand zu erhalten, ist der Behälter E von einem Rohr G umgeben, in welchem flüssige schweflige Säure, aus dem Behälter H durch die Röhre h kommend, vermittelst der Pumpen I und I′ in fortwährenden Kreislauf versetzt, zu raschem Verdampfen gebracht und dadurch bis −60° abgekühlt wird. Der Behälter H, welcher ähnlich einem Röhrenkessel gebaut ist, wird durch einen Strom kalten Wassers kühl erhalten. Nachdem der Apparat in Gang gesetzt ist, steigt der Druck des Sauerstoffs in dem auf −130° C. abgekühlten Rohr auf 525 Atmosphären, sinkt alsdann wieder und bleibt unveränderlich auf 470 Atmosphären. Dieses Sinken und die schließliche Unveränderlichkeit des Druckes zeigt an, daß ein Teil des Gases sich verflüssigt hat. Öffnet man jetzt den Hahn, so entweicht in der That mit großer Heftigkeit ein flüssiger Strahl, welcher bei elektrischer Beleuchtung zwei Teile unterscheiden läßt, einen innern durchsichtigen und einen äußern blendend weißen, welch letzterer aus Staub von gefrornem Sauerstoff besteht, da ein Teil der Flüssigkeit bei der äußerst lebhaften Verdampfung durch Verdunstungskälte zum Erstarren gebracht wird. Es gelang Pictet, das spezifische Gewicht des flüssigen Sauerstoffs zu bestimmen; es ergab sich gleich 0,9787. Wasserstoff wurde flüssig bei einem Druck von 650 Atmosphären und bei einer Temperatur von −140°, welche erzielt wird, wenn man statt der Kohlensäure flüssiges Stickstoffoxydul anwendet. Beim Öffnen des Hahns entwich ein undurchsichtiger Flüssigkeitsstrahl von stahlblauer Farbe, und gleichzeitig verursachte der fest gewordene Wasserstoff auf dem Boden ein prasselndes Geräusch wie von niederfallenden Schrotkörnern. Vgl. Töpfer, Die gasförmigen Körper (Berl. 1877); Meyer, Die kinetische Theorie der G. (Bresl. 1877).

II. Technisches.

G. finden in der Technik mannigfache Verwendung, erfordern aber behufs ihrer Behandlung eigentümliche Vorrichtungen. Mehrfach benutzt man G., welche dem Erdboden entströmen, wie im Staat New York bei Fredonia und in der Gegend von Pittsburg, wo aus dem Boden aufsteigende brennbare Gase, in besondern Brunnen aufgefangen, zur Beleuchtung von Städten, als Heizmaterial, zum Puddeln, zum Brennen des Porzellans, auch in Hochöfen Verwendung finden. Bei Szlatina in Ungarn, auch in China werden aus Steinsalzlagern ausströmende G. benutzt, und an manchen Orten, wie bei Brohl am Laacher See, hat man versucht, der Erde entströmende Kohlensäure zur Darstellung von Bleiweiß oder doppeltkohlensaurem Natron zu verwerten. Weitaus in den meisten Fällen aber werden G. in der Technik entwickelt. Oft genügt es, gewisse Substanzen zu erhitzen, z. B. Braunstein oder chlorsaures Kali, die in der Hitze Sauerstoff abgeben und ein sauerstoffärmeres Oxyd oder Chlorkalium hinterlassen. Man benutzt zum Erhitzen eine eiserne Flasche, in deren Mündung ein Rohr luftdicht eingesetzt wird, Retorten oder retortenähnliche Metallgefäße, auch wohl, wie bei der Zersetzung von doppeltkohlensaurem Natron, zur Gewinnung von Kohlensäure verschlossene eiserne Kessel mit Rührwerk, wobei das Gas durch ein Rohr im Deckel des Kessels entweicht, oder einen etwas geneigt liegenden cylindrischen Ofen mit Eisenmantel und Ziegelfutter, welcher auf Friktionsrollen ruht und durch Zahnräder in Umdrehung versetzt wird. Das doppeltkohlensaure Natron gelangt in den obern Teil des Ofens und wird durch Feuerungsgase, welche direkt durch den Ofen strömen und wesentlich auch Kohlensäure liefern, zersetzt. In großen Mengen wird Kohlensäure durch Brennen von Kalk erhalten, freilich nicht rein, weil zur Erzielung vollständiger Verbrennung des Heizmaterials überschüssige Luft in den Ofen eingeführt werden muß und außerdem der Stickstoff derjenigen Luft, die ihren Sauerstoff an das Brennmaterial abgegeben hat, der Kohlensäure sich beimischt. Die Kalköfen zur Gewinnung von Kohlensäure sind kontinuierlich arbeitende Schachtöfen, am obern Teil verengert und durch einen Deckel verschlossen, unter welchem ein seitliches Rohr zur Ableitung des Gases angebracht ist. Ein kräftiges Gebläse bewirkt den Luftzug durch die Feuerungen und saugt die Kohlensäure an.

Sehr häufig gewinnt man G. durch trockne Destillation sowohl als Haupt- wie als Nebenprodukt. Das Material wird in liegenden, seltener in stehenden cylindrischen Retorten erhitzt, aus welchen die flüchtigen Destillationsprodukte in Kühlapparate geleitet werden, um die Dämpfe der starren und flüssigen Produkte zu verdichten und von den Gasen zu trennen (s. Leuchtgas). In den Retorten bleibt nach der Zersetzung ein nicht flüchtiger Rückstand, welcher vor der neuen Beschickung entfernt werden muß. Man hat indes auch kontinuierlich arbeitende Retorten konstruiert, aus welchen das abdestillierte Material ohne Unterbrechung der Arbeit entfernt wird, während frisches in gleichem Maß eingeführt wird (s. Paraffin). Aus dem verschiedenartigsten Material, welches aber stets reich an Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff ist oder wesentlich aus diesen Elementen besteht (Stein- und Braunkohle, Holz, Torf, Knochen, Fett, Öl etc.), erhält man durch trockne Destillation Gasgemische, die aus Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff, Kohlenoxyd und Kohlensäure bestehen und hauptsächlich als Heiz- und Leuchtmaterial (Leuchtgas) benutzt werden.

Während in den Retorten der Luftzutritt vollständig ausgeschlossen ist, erhitzt man bei der Gasfeuerung (s. d.) gewöhnliches Brennmaterial bei beschränktem Luftzutritt, so daß ein Teil desselben verbrennt und dabei hinreichende Wärme entwickelt, um die Hauptmasse wie bei einer trocknen Destillation zu zersetzen. Das entstehende Gemisch von Gasen und Dämpfen wird hier direkt in die Apparate geleitet, in welchen es zur Verwendung gelangt. Da auch in Schachtöfen das angewandte Brennmaterial nicht vollständig verbrannt wird, so entweichen aus der Gicht brennbare G., welche man jetzt häufig auffängt (Gichtgase) und als Brennmaterial benutzt.

Bei vollständiger Verbrennung liefern die Brennmaterialien Kohlensäure und Wasser, und erstere wird häufig aus Koks dargestellt, indem man einen lebhaften Luftstrom durch die brennenden Koks saugt (Kindlerscher Ofen, s. Zucker). Wie die durch Brennen von Kalk gewonnene Kohlensäure, ist aber auch diese mit Stickstoff und Sauerstoff gemengt. Bisweilen hat man versucht, auf solche Weise Kohlensäure [932] als Nebenprodukt zu gewinnen, indem man die Feuergase der Dampfkesselfeuerungen aus dem Fuchs absaugte. Besonders bei Gasfeuerungen mit Braunkohle soll man eine recht reine Kohlensäure gewinnen. Die Schwierigkeit liegt immer darin, daß der Hauptzweck der Feuerung nicht beeinträchtigt werden darf, und daß das Gas viel Asche mit fortreißt und empyreumatische Produkte enthält. In Öfen von eigentümlicher Konstruktion verbrennt man Pyrite (Schwefelkies), um schweflige Säure (mit Sauerstoff und Stickstoff gemengt) zu gewinnen, und als Nebenprodukt erhält man letztere beim Rösten schwefelhaltiger Erze. Die Röstöfen werden jetzt allgemein mit Vorrichtungen zum Auffangen und Ableiten schwefliger Säure versehen (s. Schwefelsäure).

Glühende Kohle zersetzt Wasserdampf in Wasserstoff, Kohlenoxyd und Kohlensäure. Solches „Wassergas“ (s. d.) wird dargestellt, indem man Kohle in Retorten oder Kammern erhitzt und dann Wasserdampf zuleitet. Die Retorten werden von außen erhitzt, in den Kammern aber verbrennt ein Teil der Kohle und erhitzt dadurch die übrige Kohle sowie einen Regenerator, durch welchen man, nachdem eine genügend hohe Temperatur erreicht ist, Wasserdampf zu der glühenden Kohle treten läßt, bis die Temperatur abermals einer Erhöhung bedarf. Die Kohle verbrennt also abwechselnd in Luft und Wasserdampf.

Derartige Methoden mit abwechselnder Einwirkung von Luft oder hoher Temperatur und Wasserdampf finden mehrfach Anwendung. So erhitzt man zur Darstellung von Wasserstoffgas Ätzkalk mit überschüssiger Kohle und erhält hierbei als Rückstand ein Gemisch von Kohle mit kohlensaurem Kalk, welches durch Behandeln mit überhitztem Wasserdampf regeneriert wird, indem die Kohlensäure durch den Wasserdampf ausgetrieben und wieder Ätzkalk erzeugt wird. Nach Abstellung des Wasserdampfes erhält man beim Erhitzen abermals Wasserstoff. Wenn man Ätznatron mit Braunstein (Mangansuperoxyd) in kohlensäurefreier Luft erhitzt, so entsteht mangansaures Natron, und dies zerfällt bei derselben Temperatur, sobald man überhitzten Wasserdampf hinzuleitet, in Sauerstoff, Ätznatron und Mangansesquioxyd. Nach Abstellung des Wasserdampfes wird beim Erhitzen in kohlensäurefreier Luft abermals mangansaures Natron gebildet. In vollkommen kontinuierlicher Weise wird Sauerstoff dargestellt, indem man konzentrierte Schwefelsäure in einem geeigneten Gefäß auf glühende

Fig. 1.

Gasentwickelungsflasche.

Platinschnitzel oder Ziegelstücke fließen läßt. Die Schwefelsäure zerfällt dann in schweflige Säure und Sauerstoff. Hiermit vergleichbar ist die Methode der Chlorgewinnung, nach welcher man ein Gemisch von Chlorwasserstoffgas und Luft über erhitzte Ziegelsteine leitet, welche mit Kupfervitriol imprägniert sind. Es entstehen hierbei Wasserdampf u. Chlor gemischt mit Stickstoff und überschüssiger Luft.

Kommen bei der Entwickelung von Gasen Flüssigkeiten zur Anwendung, so benutzt man in der Regel weit- oder mehrhalsige Flaschen und versieht diese mit einem Rohr zur Ableitung des Gases und mit einer Vorrichtung zum Nachgießen von Flüssigkeit, wie in Fig. 1. Man füllt z. B. in die Flasche granuliertes Zink, setzt den durchbohrten Kork mit den beiden Röhren auf und gießt durch das Trichterrohr verdünnte Schwefelsäure ein, worauf sich Wasserstoffgas entwickelt. Statt der Flasche benutzt man einen Kolben, wenn die Masse erwärmt werden muß, und im großen wendet man in der Regel Flaschen aus Thon an, welche mit zwei Öffnungen ab (Fig. 2 u. 3) zum

Fig. 2.	Fig. 3.


Zweihalsige Gasentwickelungsflaschen.

Eingießen der Flüssigkeit und zum Ableiten des Gases sowie mit einer großen Öffnung zum Einbringen des festen Materials versehen sind, auch wohl einen Siebcylinder c zur Aufnahme des letztern erhalten und in Holzkasten gestellt werden, um sie durch Dampf erhitzen zu können. Bei noch größerm Betrieb, wie in den Sodafabriken, benutzt man als Entwickelungsgefäße aus geteerten Sandsteinplatten konstruierte Kasten, welche mit den erforderlichen Öffnungen zum Beschicken und Entleeren und zum Ableiten des Gases versehen sind (vgl. Chlor). Einen ähnlichen, nur einfacher aus Steinplatten konstruierten Kasten benutzt man zur Darstellung von Kohlensäure aus Kalk und Salzsäure und einen aus Bohlen zusammengesetzten Kasten, der innen mit Bleiplatten ausgekleidet ist, zur Darstellung von Schwefelwasserstoff aus Schwefeleisen und Schwefelsäure.

In den Mineralwasserfabriken dienen zur Entwickelung der Kohlensäure aus Magnesit und Schwefelsäure kupferne, innen verzinnte und mit Blei ausgekleidete liegende Cylinder mit Rührwerk und domartigem Aufsatz, in welchem sich ein Bleigefäß zur Aufnahme der Schwefelsäure befindet, die durch ein von außen zu regulierendes Ventil in den Cylinder fließt. Letzterer besitzt noch eine Öffnung zum Einfüllen

Fig. 4.

Kontinuierlicher Gasentwickelungsapparat.

des Magnesits, eine zweite Öffnung zum Ablassen der gebildeten Lösung von schwefelsaurer Magnesia, ein Manometer und ein Sicherheitsventil.

Sehr praktisch sind Apparate, bei welchen die Gasentwickelung beliebig und ohne Materialverlust unterbrochen werden kann. Ein derartiger Apparat besteht z. B. (Fig. 4) aus einem Glascylinder, in welchem mittels eines durchbohrten Korkes ein unten in eine Spitze auslaufendes Rohr steckt, welches mit granuliertem Zink oder Marmor gefüllt und oben durch ein Hahnrohr geschlossen ist. Bei Öffnung dieses Hahns tritt die Säure aus dem Cylinder in das Rohr, und alsbald entwickelt sich Gas, welches durch das Hahnrohr entweicht. Schließt man nun den Hahn, so drückt das sich noch weiter entwickelnde Gas die Säure aus dem Rohr heraus, und damit hört die Gasentwickelung auf, um sofort wieder zu beginnen, sobald man den Hahn öffnet. Dieser Apparat [933] ist dem Döbereinerschen Feuerzeug nachgebildet. Bei dem Apparat von Deville (Fig. 5) sind zwei unten mit Tubulus a versehene Flaschen AB mittels eines hinreichend langen Kautschukrohrs verbunden.

Fig. 5.

Devilles Gasentwickelungsapparat.

Die Flasche A ist mit dem festen Körper gefüllt und durch ein Hahnrohr R verschlossen. In der Flasche B befindet sich verdünnte Säure; wird dieselbe etwas höher gestellt als A und der Hahn R geöffnet, so tritt die Säure nach A, und das Gas entweicht durch R;

Fig. 6.

Kipps Gasentwickelungsapparat.

wird aber R geschlossen und A etwas höher gestellt als B, so treibt das sich noch entwickelnde Gas die Säure aus A nach B, und damit hört die Gasentwickelung auf. Kipps Apparat (Fig. 6) besteht aus einem untern Teil, welcher durch die Kugeln ab gebildet wird, und einem obern Teil, einer Kugel mit langem Rohr, welche bei c luftdicht eingesetzt wird und im obern Tubulus ein Sicherheitsrohr d trägt. Die feste Substanz wird durch e eingefüllt und darauf hier das Hahnrohr eingesetzt. Die untere Kugel, das Rohr und ein Teil der obern Kugel sind mit Säure gefüllt, welche auch in b eintritt und hier Gas entwickelt, sobald der Hahn e geöffnet wird. Schließt man aber den Hahn wieder, so wird die Säure zurückgedrängt, und die Gasentwickelung hört auf. Ist die Säure schließlich gesättigt, so kann die entstandene Salzlösung durch f abgelassen werden.

Bei der Bleiweißfabrikation benutzt man die Kohlensäure, welche sich aus gärenden und verwesenden organischen Substanzen (Pferdemist) entwickelt, indem man die Töpfe, in welchen das Gas auf Blei einwirken soll, in den Mist vergräbt. Auch sonst hat man vielfach versucht, die bei Gärungsprozessen sich entwickelnde Kohlensäure zu benutzen, und sie z. B. aus den verschlossenen Gärbottichen der Brennereien abgesaugt.

Das auf die eine oder die andre Weise entwickelte Gas bedarf oft einer Reinigung und wird zu diesem Zweck „gewaschen“. Eine einfache Waschflasche (Fig. 7), etwa zur Hälfte mit einer Waschflüssigkeit gefüllt, besitzt eine weite Öffnung mit doppelt durchbohrtem Kork, in welchem zwei Glasröhren stecken. Die eine leitet das Gas bis unter den Spiegel der Flüssigkeit, und durch die andre entweicht das gewaschene Gas. Um letzteres in möglichst innige Berührung mit der Flüssigkeit zu bringen, läßt man wohl das Zuleitungsrohr b (Fig. 8) in ein flaches, mit

Fig. 7.	Fig. 8.

Waschflasche.	Waschgefäß.

vielen kleinen Öffnungen versehenes Gefäß a münden, oder man bringt über dem horizontal liegenden, am Ende geschlossenen, seitlich vielfach durchbohrten Rohr b (Fig. 9) einige Siebböden aus Blech (a) an. Gewöhnlich, besonders zum Zurückhalten feiner mit übergerissener Flüssigkeitströpfchen, dient als Waschflüssigkeit reines Wasser; zur vollständigen Abscheidung

Fig. 9.

Waschgefäß.

von Verunreinigungen, oder wenn solche in großer Menge vorhanden sind, muß man andre Waschflüssigkeiten anwenden, z. B. Natronlauge oder Kalkmilch zum Absorbieren von Kohlensäure oder schwefliger Säure, eine Metallsalzlösung zum Zurückhalten von Schwefelwasserstoff, übermangansaures Kali zum Zerstören bituminöser Substanzen etc. Aus Koks gewonnene Kohlensäure läßt man durch ein mit Kalkstein gefülltes Faß strömen und erhält dabei den Kalk durch herabrieselndes Wasser feucht, um das Gas von schwefliger Säure zu befreien. Eine sehr reine Kohlensäure erhält man z. B., wenn man das gewaschene Gas von kohlensaurem Natron absorbieren läßt und dann durch Erhitzen des doppeltkohlensauren Natrons wieder frei macht. Bisweilen leitet man auch das Gas, um es ganz geruchlos zu machen, durch einen hohen Cylinder, welcher mit frisch ausgeglühter staubfreier Kohle gefüllt ist, oder zur Entfernung von Schwefelwasserstoff und Kohlensäure durch Kasten, in welchen eine lockere, absorbierende Masse auf Horden in dünnen Schichten ausgebreitet ist (vgl. Leuchtgas).

[934] Selten werden G. für technische Zwecke getrocknet. Den größten Teil ihrer Feuchtigkeit verlieren sie schon durch starke Abkühlung, wobei das Wasser in flüssiger oder fester Form ausgeschieden wird. Genügt dies nicht, so leitet man das Gas durch eine mit konzentrierter Schwefelsäure beschickte Waschflasche oder durch Röhren, welche mit Chlorcalcium (Fig. 10) oder mit Bimssteinstückchen gefüllt sind, die mit konzentrierter Schwefelsäure befeuchtet wurden.

Kleinere Quantitäten eines Gases fängt man in der pneumatischen Wanne über Wasser auf. Die Wanne besitzt einen horizontalen, durchlöcherten Steg, und auf diesen stellt man eine mit Wasser gefüllte Flasche mit der Mündung nach unten, so daß man das Gaszuleitungsrohr durch das Loch des Stegs

Fig. 11.	Fig. 10.

Gasometer.	Chlorcalciumrohr.

hindurch in die Flasche einführen kann. Das aufsteigende Gas verdrängt dann das Wasser aus der Flasche. Zum Aufsammeln größerer Quantitäten von Gas benutzt man Gasometer. Das gebräuchlichste Gasometer (Fig. 11) besteht aus zwei Cylindern, von denen der untere B geschlossen, der obere A offen und durch die beiden Stützen cc und das Rohr a auf jenem befestigt ist. Das Rohr a geht vom untern Boden des obern Cylinders in den untern Cylinder bis nahe an den Boden, während das Rohr b unter der obern Wand dieses Cylinders mündet. Die Wasserstandsröhre f zeigt den Füllungsgrad des Cylinders an. Zum Füllen des Gasometers öffnet man die Hähne a, b und e und gießt Wasser in A, bis es bei e ausfließt. Dann schließt man alle Hähne und öffnet die Schraube d, um hier das Gas einzuleiten, bis der Wasserspiegel bis nahe auf die Schraube gesunken ist. Man verschließt dann wieder d und kann nun das Gas bei e ausströmen lassen, wenn man A mit Wasser füllt und dann den Hahn a öffnet. Man kann aber auch Glocken und Flaschen mit Gas füllen, indem man sie, mit Wasser gefüllt, über b stellt und zuerst a, dann b öffnet.

Einfacher ist ein Gasometer (Fig. 12), welches zur Aufnahme des Gases eine durch ein Gegengewicht b balancierte Glocke a besitzt, die in einem mit Wasser gefüllten Gefäß c auf- und abgeht. Das eine Rohr d führt das Gas zu, wobei die Glocke sich hebt, während sie durch ihren Druck das Gas durch das Rohr e forttreibt, wenn das Zuleitungsrohr abgesperrt wird. Nach gleichem Prinzip sind die Gasometer für Leuchtgasanstalten in großem Maßstab konstruiert (s. Leuchtgas).

Die G. werden in verschiedener Weise verwendet. Leucht- und Heizgase verbrennt man unter Anwendung verschiedener Apparate, die übrigen läßt man zu mancherlei Zwecken auf starre, flüssige oder andre gasförmige Körper einwirken. So leitet man Chlor in Kammern, welche pulverförmigen Ätzkalk enthalten, um diesen in Chlorkalk zu verwandeln, oder man leitet Chlor in Kammern, in welchen Papierstoff zum Bleichen ausgebreitet ist; man läßt schweflige Säure mit Wasserdampf und Luft auf Chlornatrium wirken, um schwefelsaures Natron zu bilden, oder man leitet schweflige Säure auf Schiefer, welcher dadurch aufgeschlossen wird und schwefelsaure Thonerde liefert. Von kohlensaurem Natron läßt man Kohlensäure absorbieren, um doppeltkohlensaures Natron zu bilden. In allen diesen Fällen ist erforderlich, daß die starren Körper dem Gas eine möglichst große Oberfläche darbieten, weshalb man sie in dünnen Schichten locker ausbreitet, auch wohl beständig rührt oder in einem rotierenden Gefäß in Bewegung erhält. Oder man schichtet sie locker in hohen Cylindern, welche der Reihe

Fig. 12.

Gasometer.

nach von dem Gas durchströmt werden, so daß dasselbe schließlich vollständig zur Absorption gelangt. Auf Flüssigkeiten läßt man die G. zunächst einwirken, um eine Lösung derselben zu erhalten. Im allgemeinen absorbieren Flüssigkeiten bei niederer Temperatur mehr Gas als bei höherer, und man muß daher, um starke Lösungen zu erhalten, möglichst kalte Absorptionsflüssigkeiten anwenden sowie die G., welche sich vielleicht aus heißen Flüssigkeiten entwickeln, vor dem Eintritt in die Flüssigkeit abkühlen. Da aber bei der Absorption der G. eine starke Verdichtung stattfindet, so erhitzt sich die absorbierende Flüssigkeit u. muß gut gekühlt werden, wenn sie möglichst viel Gas aufnehmen soll. Die Absorption wird befördert durch Vergrößerung der Berührungsflächen, und man leitet daher das Gas mittels eines Rohrs in die Flüssigkeit hinein, damit die einzelnen Gasblasen auf ihrem Weg durch die Flüssigkeit mit immer neuen Teilen derselben in Berührung kommen. Ist das Zuleitungsrohr sehr weit (beim Arbeiten im großen), so versieht man es wohl mit einem Brausenkopf oder sorgt auf andre Weise für feine Verteilung des Gases; auch wendet man vielfach Apparate an, durch deren Form der Weg des Gases durch die Flüssigkeit verlängert wird.

Bei Arbeiten im kleinern Maßstab leitet man das Gas durch ein Glasrohr in der Regel bis auf den Boden einer mit Wasser oder einer andern Flüssigkeit gefüllten Flasche. Ist aber das Gas nicht sehr leicht löslich (wie Ammoniak oder Chlorwasserstoff), so wird auch bei Anwendung einer hohen Flasche und niedriger [935] Temperatur ein Teil des Gases unabsorbiert entweichen, und man versieht daher die Absorptionsflasche mit einem doppelt durchbohrten Kork und leitet das entweichende Gas durch ein zweimal rechtwinkelig gebogenes Rohr in eine ähnliche zweite und, wenn nötig, auch noch in eine dritte und vierte Flasche.

Ähnliche Reihen von Absorptionsgefäßen finden auch in der Technik Verwendung. Man fertigt aus Sandstein, der nötigenfalls in Teer gekocht werden muß (wenn es sich z. B. um die Absorption von Chlorwasserstoff handelt und der Sandstein von der Salzsäure angegriffen wird), große, niedrige, viereckige Tröge a (Fig. 13) und verbindet sie untereinander durch Röhren b, welche in entsprechende Öffnungen der Deckplatten eingekittet sind. Diese Tröge enthalten Wasser, über dessen Oberfläche das Gas hinstreicht. Um eine energische Absorption zu erreichen, hat man auch in jedem Trog einen Zerstäubungsapparat angebracht, welcher das Wasser in Dunstform überführt und eine ungemein große Absorptionsfläche schafft. Noch häufiger als diese Tröge sind mehrhalsige Flaschen (Woulfesche Flaschen, Bombonnes, Touries) im Gebrauch. Dieselben bestehen aus Steinzeug und besitzen zwei weite Hälse und einen engen, außerdem über dem Boden einen kurzen Hahnstutzen. Die beiden weiten Hälse dienen zur Aufnahme der knieförmigen Verbindungsröhren, in welchen das Gas zu- und abströmt. Der mittlere, gewöhnlich verstöpselte Hals dient zum Einfüllen von Wasser. Die Verbindungsröhren bestehen aus derselben Masse wie die Flaschen selbst und werden mit Teerthonkitt luftdicht eingesetzt. Bisweilen setzt man die Röhren aber auch mit Wasserverschluß ein und hat dann den Vorteil, sie schnell ein- und ausheben zu können. Stehen die Flaschen einer Reihe nur in der angegebenen Weise miteinander in Verbindung, so muß man jede einzelne füllen und, wenn die Flüssigkeit mit Gas gesättigt ist, wieder entleeren, um sie von neuem zu beschicken. Dabei werden die dem Gasentwickelungsgefäß am nächsten stehenden Flaschen zuerst eine gesättigte Lösung geben und müssen daher auch zuerst neu gefüllt werden. Dann aber durchströmt das Gas zunächst reines Wasser und zuletzt fast gesättigte Lösungen, von welchen es, namentlich wenn es mit Luft gemischt ist, kaum noch aufgenommen wird. Man versieht deshalb die Flaschen mit seitlichen Öffnungen a (Fig. 14) und verbindet diese mittels zweimal gebogener Glasheber. Bei dieser Einrichtung tritt nur in die erste Flasche reines Wasser, während das Gas in die letzte Flasche geleitet wird und der aus einer in die andre Flasche übertretenden Flüssigkeit entgegenströmt. Das Gas kommt also zunächst mit der stärksten Lösung in Berührung, welche es vollständig sättigt, und tritt dann zu immer schwächern Lösungen, endlich zu reinem Wasser, an welches es leicht den Rest der löslichen G. abgibt. Aus der letzten Flasche kann man beständig gesättigte Lösung abziehen und erspart mithin alle Handarbeit.

In vielen Fällen genügen auch sehr lange Reihen von Woulfeschen Flaschen nicht zur vollständigen Absorption der G., und man wendet daher die Tröge oder Flaschen, deren größter Mangel darin liegt, daß sie sehr wenig Berührungspunkte für Gas und Flüssigkeit darbieten, jetzt sehr allgemein in Verbindung mit Kokstürmen an, welche 1836 von Gossage erfunden worden sind. Dies sind 1,5–36 m hohe turm-

Fig. 13.

Absorptionsapparat mit Sandsteintrögen.

oder säulenförmige Apparate, aus oft in Teer gekochtem Stein, Mauerwerk oder Steinzeugröhren errichtet und mit Koks oder einem andern porösen Material gefüllt, über welches beständig Wasser oder eine andre absorbierende Flüssigkeit herabrieselt, während das Gas den Turm von unten nach oben durchströmt, also dem Wasser entgegentritt. Diese Türme wirken äußerst kräftig absorbierend, weil nicht nur die feine Verteilung des Wassers, sondern auch die Oberflächenwirkung des porösen Materials sich nützlich erweist.

Fig. 14.

Bombonnes.

Läßt man die G. zunächst in Woulfesche Flaschen oder Steintröge treten und dann erst in den Koksturm, so erhält man in den Gefäßen konzentrierte Lösungen, und der Turm absorbiert den Rest des Gases. Oft werden auch mehrere Türme miteinander verbunden, welche das Gas nacheinander zu passieren hat. Stets müssen aber die G., bevor sie in den Turm treten, durch eingeschaltete längere Röhrenleitungen hinreichend gekühlt werden.

Bei der Mineralwasserfabrikation muß Kohlensäure unter hohem Druck von Wasser absorbiert werden. Letzteres befindet sich daher in starkwandigen Gefäßen, in welche das Gas durch eine Druckpumpe hineingepreßt wird oder unter dem im Entwickelungsgefäß [936] herrschenden Druck ohne weiteres eintritt. Zur Beschleunigung der Absorption befindet sich in dem Gefäß ein Rührer, oder man versetzt das Gefäß selbst in

Fig. 15.

Liebigs Kugelapparat.

schaukelnde Bewegung, um die Berührung des Wassers mit der Kohlensäure zu befördern (vgl. Mineralwässer).

Beim Arbeiten im kleinen, z. B. bei der chemischen Analyse, benutzt man eigentümlich geformte Gefäße, wie z. B. den Liebigschen Kugelapparat (Fig. 15), um den Weg, welchen das Gas durch die Flüssigkeit macht, zu verlängern und die Berührungsflächen zu vergrößern. Man kann auch ein langes, schwach knieförmig gebogenes Rohr (Fig. 16) anwenden, in dessen aufwärts gerichtetem Schenkel die Gasblasen

Fig. 16.

Absorptionsrohr.

langsam emporsteigen und gut absorbiert werden. In diesen Fällen kommen Flüssigkeiten zur Anwendung, welche das Gas chemisch binden.

Fig. 17.

Oxydationsgefäß von Hargreaves.

Läßt man G. auf Flüssigkeiten einwirken, um eine chemische Wirkung zu erzielen, so ist ebenfalls innige Berührung Hauptbedingung. Diese erreicht man z. B. indem Oxydationsgefäß von Hargreaves (Fig. 17) auf die Weise, daß man in ein vertikales Rohr a, welches in einem cylindrischen Gefäß durch einen Siebboden bis auf den wahren Boden geht u. hier vier seitliche Öffnungen besitzt, oberhalb aber trichterförmig erweitert und mit einem Bleirohr b von halber Weite versehen ist, aus dem Rohr c Dampf von 3 Atmosphären Spannung einbläst. Der Dampf reißt durch den Trichter Luft mit sich fort, und diese strömt durch die seitlichen Öffnungen des Rohrs a aus und wird durch den Siebboden in feine Blasen verteilt. Es findet hierbei eine sehr innige Mischung statt, die Flüssigkeit gerät in lebhaftes Wallen, und die beabsichtigte Oxydation wird z. B. bei Sodarohlauge sehr vollständig erzielt. Zum Einblasen von Gasen in Flüssigkeiten benutzt man auch Ventilatoren und sehr vorteilhaft den Körtingschen Injektor, der auch zum Ansaugen von andern Gasen als Luft eingerichtet ist und z. B. in der Zuckerfabrikation bei der Saturation zum Einblasen von Kohlensäure in den Rübensaft dient. Im Großbetrieb benutzt man Kokstürme (s. Schwefelsäure), in welchen die Flüssigkeit in feiner Verteilung über Koks herabrieselt, während das Gas, welches auf dieselbe einwirken soll, unten in den Turm eintritt und der Flüssigkeit entgegenströmt. Der zum Karbonisieren von Sodalauge dienende Apparat von Ungerer besteht aus einem eisernen oder gemauerten und mit Eisenblech gefütterten Turm, welcher oben durch eine Pfanne mit Siebboden abgeschlossen ist. Von letzterm hängen mehrere Hundert Drahtseile herunter, die durch eine unten angebrachte Vorrichtung gespannt werden. In diesem Turm steigen die kohlensäurereichen Feuergase oder reine Kohlensäure auf, während die Flüssigkeit in spiraligen Streifen und mithin mit ungemein vervielfachter Oberfläche an den Seilen herabrinnt. Statt der letztern sind auch Ketten anwendbar, und Salzausscheidungen an denselben schaden nicht, weil sie einfach durch Schütteln zum Herabfallen gebracht werden können.

Zur Behandlung von Schwefelsäure mit Schwefelwasserstoff läßt man dieselbe in einem aufrecht stehenden Cylinder in feinen Strahlen springbrunnenartig aufsteigen, während gleichzeitig das Gas durch den Cylinder strömt und sich sehr innig mit der Säure mischt, oder man wendet einen Turm an, in welchem 24 Reihen von je neun, $\wedge$ -förmigen Bleidächern auf Bleilatten angebracht sind. Die untern Ränder der Dächer sind fein sägezahnförmig ausgeführt, so daß die Säure in einzelnen Tropfen auf das nächsttiefere Dach fällt und verspritzt und dem von unten nach oben strömenden Gas eine sehr große Oberfläche darbietet.

Sollen G. auf G. einwirken, so genügt es, sie in denselben Raum ausströmen zu lassen, da sie sich alsbald innig mischen. Im großartigsten Maßstab geschieht dies bei der Schwefelsäurefabrikation, wo schweflige Säure, Luft, Wasserdampf und Salpetergase in Bleikammern geleitet werden. In andern Fällen wird bei Einwirkung von Gasen auf G. eine Flüssigkeit als Vermittler angewandt, so z. B. bei der Verarbeitung der Sodarückstände, wo man schweflige Säure auf Schwefelwasserstoff wirken läßt, um beide G. zu Schwefel und Wasser zu zersetzen. Man benutzt hier einen mit Holzprismen ausgelegten Turm, in welchem eine Chlormagnesium- oder Chlorcalciumlösung herabrieselt, während die beiden G. unten einströmen. Bei der Darstellung von Schwefelsäureanhydrid läßt man schweflige Säure mit Sauerstoff über Platin strömen und erreicht unter Einwirkung des letztern eine direkte Verbindung der beiden G.